국내 연구진이 크리스퍼-캐스9(CRISPR-Cas9) 유전자가위의 낮은 표적 정확도를 극복하기 위한 새로운 단백질 공학 전략을 개발했다. 유전자 교정의 안정성을 높이고 암과 난치성 유전질환 치료의 실현 가능성을 앞당기는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

서울대는 배상수 의대 교수 연구팀이 김성근 포스텍 총장, 김형범 연세대 의대 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 기존 한계를 극복할 새로운 단백질 공학 접근법을 제시했다고 2일 밝혔다. 단백질 공학은 단백질을 구성하는 아미노산 서열에 돌연변이를 도입해 단백질의 특성을 원하는 방향으로 변화시키는 연구방법론이다.

크리스퍼 유전자가위는 원하는 유전자 부위를 선택적으로 절단해 교정할 수 있는 생명공학 기술이다. 일반적인 크리스퍼 유전자가위는 표적 DNA와 유사한 염기서열까지 절단하는 문제로 정확성 확보가 어렵다. 인간의 게놈은 약 30억 개의 염기로 구성돼 있어 표적 염기서열 하나만을 선택적으로 잘라내는 기술은 유전자 치료에서 핵심적인 요건으로 꼽힌다.

기존 유전자가위 설계는 단백질의 정적인 3차원(3D) 구조를 이용하는 방식이다. 이번 연구는 단백질이 효소 반응 과정에서 거치는 구조 변화 과정을 ‘동영상’처럼 분석해 동적으로 제어하는 전략을 도입했다.

연구팀은 Cas9 단백질의 'REC2 도메인'이라는 부분에 새로운 돌연변이를 설계해 표적 정확도를 높인 유전자가위 변이체를 개발했다. REC2 도메인은 Cas9 단백질 안에서 DNA를 인식하고 붙잡는 데 도움을 주는 구조다. 이번 연구에선 REC2 도메인을 살짝 바꿔줌으로써 유전자가위가 정확하게 필요한 위치만 자르도록 조절할 수 있다는 점이 밝혀졌다.

연구팀은 나아가 REC2 기반 변이체와 기존 설계 기술에서 유도된 돌연변이를 결합해 더욱 향상된 정확도를 지닌 ‘Correct-Cas9’ 유전자가위를 완성했다.

Correct-Cas9은 수많은 유전체 서열에서의 정확성을 평가한 결과 기존 기술 대비 유전자 가위가 자르기로 한 DNA만 골라서 정확히 자르는 능력이 향상됐다. 연구팀은 이 기술이 염기교정 및 프라임교정 등 최신 유전자 편집 기술의 성능을 높이는 데 기여할 수 있다고 설명했다. 연구 결과는 국제학술지 '핵산 연구'에 지난달 20일 게재됐다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1093/nar/gkaf535


출처: https://www.dongascience.com/news.php?idx=72575