[DEBUG-WINDOW 처리영역 보기]
즐겨찾기  |  뉴스레터  |  오늘의 정보  |  e브릭몰e브릭몰 회원가입   로그인
BRIC홈 동향
랩박스 - Neuroscience
스폰서배너광고 안내  배너1 배너2 배너3 배너4
전체보기 Bio통신원 Bio통계 BRIC View BRIC이만난사람들 웹진(BioWave)
목록
조회 17307  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
바이오통신원   
아데닌 염기만 찝어 바꾸는 염기교정 가위 정확성 밝혀
생명과학 기초과학연구원 (2019-03-05 10:17)

최신 유전자 교정기법인 염기교정 가위(Base Editor)를 한 단계 더 발전시킬 방법이 나왔다. 기초과학연구원(IBS) 유전체 교정 연구단은 DNA 염기 중 아데닌 염기만 바꾸는 아데닌 염기교정 유전자가위(Adenine Base Editor, 이하 아데닌 염기교정 가위)’의 정확성을 규명하고, 이를 증대시킬 방법을 국제 학술지 네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)에 소개했다.

생명체에 관한 모든 정보를 담은 DNA는 네 개의 염기가 서로 쌍(아데닌(A)-티민(T), 시토신(C)-구아닌(G))을 이뤄 만든 서열로 구성되어 있다. 염기교정 가위는 단일 염기 하나만을 바꿀 수 있는 인공제한 효소로 2017년 학계에 보고된 아데닌 염기교정 가위는 아데닌(A)을 구아닌(G)으로 바꿀 수 있다.

 염기교정 가위는 난치성 유전질환 연구와 치료에 진전을 가져올 도구로 주목받고 있다. 대부분의 유전질환이 단일 염기의 문제로 발생하기 때문에 발병기전이나 치료법 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대되나 유전자 교정기법으로 활용되려면 정확성 규명이 선행되어야만 한다. 표적 위치에서 정확하게 작동하는지, 의도치 않은 곳에서 오작동하지 않는지 확인하고, 정확성을 개선하는 연구가 뒷받침되어야 한다.

 IBS 연구진은 인간 유전체 DNA에 유전자가위를 처리한 뒤, 처리 전과 후를 비교하는 절단 유전체 시퀀싱(Digenome-seq) 기법을 변형해 정확성을 파악했다. 기존에는 DNA 두 가닥 절단이 유도되어야 했기에 이번 연구에서는 한 가닥만 자르는 염기교정 가위에서도 작동할 수 있도록 특정 효소(Endo V, 이노신 특이적 절단 시약)를 추가했다. 실험 결과, 아데닌 염기교정 가위는 인간 유전체 32억 개 중 평균 60곳에만 변이를 일으키는 것을 확인할 수 있었다.

 더 나아가 연구진은 아데닌 염기교정 가위의 정확성을 높이는 방법을 다양하게 제시했다. 먼저, 교정할 염기를 찾아가는 가이드RNA 말단에 구아닌 염기를 추가해 길이를 조절하는 방식은 표적위치에서 작동 효율을 높이고, 오작동할 확률을 낮출 수 있다고 소개했다. 정확성이 높다고 알려진 Sniper 유전자가위로 아데닌 염기교정 가위를 만들면 오작동 확률을 줄일 수 있다. 아데닌 염기교정 가위를 DNA(Plasmid DNA)에 싣지 않고 탈아미노효소와 가이드RNA를 혼합한 형태로 세포에 직접 전달하는 방식도 정확도를 향상시켜 표적위치만 자를 수 있음을 입증했다.

 연구진은 “염기교정 가위의 정확성이 입증된 만큼 앞으로 이를 활용해 단일 염기 변이를 유도하거나 교정해야 하는 유전자 및 줄기세포 치료제 개발, 고부가가치 농축산물 품종 개량 등에 널리 활용될 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 연구는 생명공학 분야 권위 있는 학술지‘네이처 바이오테크놀로지’(Nature Biotechnology, IF 35.724) 에 3월 5일 새벽 1시(한국시간)에 게재되었다.

 IBS 유전체 교정 연구단은 2018년 4월 아데닌 염기교정 유전자가위로 동물의 특정 유전자 염기를 바꾸는데 최초로 성공해 같은 학술지에 연구성과를 게재한 바 있다.  2015년 자체 개발한 분석법(Digenome-seq)을 통해 3세대 유전자가위인 크리스퍼 Cas9과 크리스퍼 Cpf1은 물론 시토신(C)을 티민(T)으로 바꾸는 시토신 염기교정 가위의 정확성도 규명해 학계에 보고한 바 있다. (보충설명 참조)

연구 내용

논문명/저널명
Digenome-seq reveals genome-wide target specificity of CRISPR RNA-guided adenine base editors/Nature Biotechnology
저자정보

Daesik Kim#, Da-eun Kim#, Gyeorae Lee, Sung-Ik Cho, and Jin-Soo Kim*

연구내용 보충설명
2017년 최초로 보고된 아데닌 염기교정 유전자가위는 표적 DNA 염기서열에서 아데닌(A)을 구아닌(G)으로 바꿀 수 있는 기술로 아직 밝혀져야 할 부분이 많았다. 특히, 아데닌 염기교정 유전자가위의 정확성에 대해서는 알려진 것이 거의 없었다.

연구 이야기

[연구 배경]
2017년 아데닌 염기교정 유전자가위(Adenine Base Editor, ABEs)가 학계에 보고되었다. 크리스퍼 유전자가위를 변형하여 표적 DNA 염기서열에서 아데닌(A)을 구아닌(G)으로 특정 염기 한 개를 바꿀 수 있는 최신 기법이다. 많은 유전질환이 단 하나의 염기서열이 바뀌거나 고장이 나 발생하기 때문에 향후 염기교정 유전자가위는 난치성 유전질환 연구에 많은 도움이 될 것으로 생각된다. 하지만 이 기술은 기존 크리스퍼 유전자가위와 작동원리가 다르며, 아데닌 염기교정 유전자가위의 정확성이 밝혀지지 않아 앞으로의 기술 활용을 위해선 정확성을 확인하는 것이 중요하다고 생각했다.
[어려웠던 점] Digenome-seq을 진행하기 위해서는 정제된 단백질을 이용해야 하는데, 아데닌 염기교정 유전자가위의 경우 기존에 알려진 단백질 추출 방법이 없어  정제된 단백질을 추출하는데 어려움이 있었다. 여러 가지 조건으로 단백질 추출 방법을 최적화시켜 문제를 해결할 수 있었다.
[주목할 점] 이전 연구에서 크리스퍼 Cas9, 크리스퍼 Cpf1 유전자가위의 특이성을 규명하고자 개발했던 절단 유전체 시퀀싱(Digenome-seq) 기법을 응용해 전체 유전체에서 아데닌 염기교정 유전자가위의 비표적 위치를 찾는 연구를 진행했다. 그 결과 아데닌 염기교정 유전자가위의 정확성을 입증할 수 있었다. 또한, 크리스퍼 염기교정 유전자가위를 구성하는 가이드 RNA의 형태를 말단에 구아닌 염기를 추가해  길이를 조절하거나 정확성이 높다고 알려진 Sniper-유전자가위에서 착안된 Sniper-아데닌 염기교정 유전자가위를 활용하면 표적 위치에는 잘 작동하고 오작동만 줄여 그 특이성을 높일 수 있음을 확인했다.
[향후 연구계획] 아데닌 염기교정 유전자가위가 개발된 이후 동식물에 적용한 사례들이 보고되고 있다. 염기교정 유전자가위가 크리스퍼 유전자가위 기술만큼이나 널리 활용될 것으로 예상된다. 더욱 정교하게 원하는 변이를 도입할 수 있는 기술로 발전시키기 위해 크리스퍼 염기교정 유전자가위를 개발하는 일에 기여하고 싶다.

보충설명
□ 유전자가위 등장 이후, 정확성 규명/동·식물 개체 적용에 성공한 유전체 교정 연구단

유전자가위 등장 이후, 정확성 규명/동·식물 개체 적용에 성공한 유전체 교정 연구단

아데닌 염기교정 가위 개념 및 작동 원리
[그림1] 아데닌 염기교정 가위 개념 및 작동 원리

 3세대 크리스퍼 유전자가위의 경우, 가이드 RNA(Guide RNA)가 표적 DNA에 결합하면 절단효소 Cas9이 DNA 두 가닥 모두를 절단한다. 2016년에 학계에 보고된 시토신 탈아미노효소(cytidine deaminase)가 융합된 시토신 염기교정 유전자가위(위)는 DNA 서열 중 시토신(C)만 찾아 티민(T)으로 교체할 수 있다.
 2017년 발표된 아데닌 염기교정 유전자가위(아래)는 아데닌 탈아미노효소(cytitdine deaminase)가 융합되어 서열 중 아데닌(A)만 찾아 구아닌(G)로 교체할 수 있다. 가이드 RNA가 표적 DNA에 결합하고 Cas9이 DNA의 한 가닥만 자르고 나면 그 사이에 탈아미노효소가 표적 DNA에서 아데닌(A)을 가수분해하고, DNA 복구 과정에서 이노신(I, 세포 내에서 시토신(C)과 결합)이 구아닌(G)으로 변형되는 원리다.

아데닌 염기교정 유전자가위 절단 유전체 시퀀싱 기법 적용 과정
[그림2] 아데닌 염기교정 유전자가위 절단 유전체 시퀀싱 기법 적용 과정
 
 연구진은 아데닌 염기교정 유전자가위의 정확성을 측정하고자 절단 유전체 시퀀싱((Digenome-seq) 기법을 이용했다. 기존 절단 유전체 시퀀싱 기법은 DNA 두 가닥 절단이 유도되어야 했다. 아데닌 염기교정 가위의 경우는 한 가닥만 자르는 원리라 Endo V (Endonuclease V: 이노신 특이적 절단 시약) 효소를 사용했다. 아데닌 염기교정 가위가 DNA 한 가닥을 자르고 다른 가닥의 아데닌 (A)을 이노신 (I)으로 바꾸면, Endo V 효소가 잘리지 않은 가닥의 이노신 (I)을 절단해 DNA 두 가닥 절단 상태가 유지된다.
 연구진은 이 방법을 활용해 절단 유전체 시퀀싱 기법을 진행한 뒤, 전체 유전체 시퀀싱 기법(Whole genome sequencing)으로 아데닌 염기교정 가위의 정확성을 측정하는데 성공했다.

아데닌 염기교정 유전자가위의 정확성 증대 방법
[그림3] 아데닌 염기교정 유전자가위의 정확성 증대 방법
 
  변형된 절단 유전체 시퀀싱(Digenome-seq) 기법을 활용해 아데닌 염기교정 유전자가위의 표적위치와 비표적위치를 찾은 이후, 정확성을 높일 수 있는 방법들을 적용했다.
 가이드 RNA의 말단에 구아닌 염기가 추가된 아데닌 염기교정 유전자 가위,  Sniper-아데닌 염기교정 유전자 가위를 기존 아데닌 염기교정 유전자 가위와 비교했다. 그 결과, 가이드 RNA의 말단에 구아닌 염기가 추가한 경우, Sniper 아데닌 염기교정 유전자 가위를 사용하였을 경우 그리고 Sniper 아데닌 염기교정 유전자 가위에 가이드 RNA의 말단에 구아닌 염기를 추가한 경우 모두 모두 정확성이 증대되는 것을 확인할 수 있었다.

 

  추천 0
  
인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
  
본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다. [기사 오류 신고하기]
 
  댓글 0
등록
코리아바이오믹스
최근 관련 뉴스
5년전 오늘뉴스
유전자 소셜네트워크 기반 질환모델 발굴시스템 개발...연세대 생명공학과 이...
소음성 난청 치료물질 발굴, 조기 실용화 기대...아주대 의과대학 박상면 교...
국산 ‘유자’ 심혈관 질환 예방 효과 있다
연구정보중앙센터
위로가기
동향 홈  |  동향FAQ  |  동향 문의 및 제안
 |  BRIC소개  |  이용안내  |  이용약관  |  개인정보처리방침  |  이메일무단수집거부
Copyright © BRIC. All rights reserved.  |  문의 member@ibric.org
트위터 트위터    페이스북 페이스북   유튜브 유튜브    RSS서비스 RSS
에펜도르프코리아