1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

   2003년 인간게놈프로젝트의 완성이 발표된 이후, 인간 유전체 정보를 기반으로 질병의 원인이 되는 유전자를 규명하고 이를 직접 교정하는 유전자 치료 연구가 활발히 진행되었습니다. 특히 CRISPR-Cas 시스템은 RNA를 이용해 단백질을 원하는 유전체 위치로 유도할 수 있어 유전체 편집뿐만 아니라 유전자 발현 조절, 염기교정 및 후성유전체 조절 등 다양한 기술로 확장되고 있습니다. 최근에는 CRISPR 기반 치료제인 CASGEVY가 규제기관의 승인을 받으면서 유전체 편집 기술의 임상 적용 가능성도 현실화되고 있습니다. 유전체 편집 기술을 치료 목적으로 활용하기 위해서는 편집 효율과 정확성뿐만 아니라 편집 도구를 표적 조직에 안전하고 효율적으로 전달하는 것이 중요합니다. 이러한 전달체로 널리 활용되는 아데노연관바이러스(adeno-associated virus, AAV)는 비교적 우수한 안전성과 조직 전달 능력을 갖지만, 탑재할 수 있는 유전물질의 크기가 제한적입니다.

   트랜스포존에서 유래한 OMEGA(Obligate Mobile Element Guided Activity) 시스템은 기존 CRISPR 시스템을 보완할 수 있는 초소형 유전체 조절 및 편집 도구로 주목받고 있습니다. 본 연구에서는 OMEGA 시스템의 초소형 RNA 유도 단백질인 ISDge10 TnpB와 엔지니어링된 ωRNA를 이용하여, 하나의 플랫폼에서 유전자 발현 조절과 유전체 편집이 가능한 이중 기능 시스템을 개발하였습니다. 본 시스템의 핵심은 ωRNA에서 표적 DNA와 상보적으로 결합하는 영역의 길이에 따라 TnpB의 기능을 선택적으로 전환할 수 있다는 점입니다. 10-nt 길이를 갖는 ωRNA를 사용하면 TnpB가 표적 DNA에 결합하면서도 DNA 이중가닥 절단은 거의 유도하지 않았습니다. 이러한 특성을 기반으로 TnpB에 전사 활성화 도메인과 DNA 결합 단백질인 Sso7d를 융합하여 다양한 표적 유전자의 발현을 효과적으로 증가시킬 수 있었습니다. 반면, ωRNA의 길이를 20 nt로 늘리면 TnpB의 DNA 절단 활성이 유도되어 유전체 편집이 가능했습니다. 이 시스템은 상동성 유도 복구(homology-directed repair, HDR)를 이용한 정밀한 염기서열 교정에도 적용할 수 있었습니다. 또한 촉매 활성을 제거한 TnpB에 아데닌 염기교정 효소를 융합함으로써, DNA 이중가닥 절단 없이 표적 유전체에서 A-to-G 염기 치환을 유도할 수 있는 TnpB 기반 염기교정 시스템도 구축하였습니다.

   특히 TnpB의 작은 크기는 TnpB와 ωRNA를 하나의 AAV 벡터에 함께 탑재할 수 있게 할 뿐만 아니라, 다양한 전사조절 또는 염기교정 도메인을 추가로 융합하는 데에도 유리합니다. 본 연구에서는 AAV를 이용해 TnpB 시스템을 마우스에 전달하고 생체 내에서 표적 유전자의 발현 조절과 유전체 편집이 가능함을 확인하였습니다. 초소형 TnpB 시스템을 기반으로 DNA 절단 없는 유전자 발현 조절부터 유전체 편집과 염기교정까지 구현함으로써, AAV 기반 생체 내 전달이 가능한 다기능 유전체 조절·편집 플랫폼으로서 TnpB의 활용 가능성을 제시하였습니다. 향후 다양한 유전질환에 적용할 수 있는 생체 내 유전자 치료 플랫폼으로 발전할 수 있을 것으로 기대됩니다.

   연구 초기에는 기대보다 낮은 효율로 인해 연구 적용에 어려움을 겪었습니다. 그러나 포기하지 않고 연구를 이어가던 중, 가이드 길이가 짧아져도 TnpB의 표적 DNA 결합 능력은 유지된다는 점을 발견했습니다. 이후 Sso7d 융합과 ωRNA 엔지니어링을 통해 효율을 높였으며, 이를 바탕으로 가이드 길이에 따라 유전자 발현 조절과 유전체 편집 기능을 전환할 수 있는 이중 기능 플랫폼을 개발했습니다.

2. 본 연구의 한계점 및 추가적으로 검증 또는 해결해야 할 과제는?

   본 연구에서는 AAV를 이용한 생체 내 전달을 포함하여 배양세포와 마우스 모델에서 TnpB 기반 유전자 발현 조절 및 유전체 편집의 정확성과 효능을 검증하였습니다. 그러나 향후에는 질환 동물모델로 연구 범위를 확대하여 장기적인 안전성과 치료 효능, 조직 특이적 전달 효율을 추가로 검증해야 합니다. 이러한 후속 연구는 본 플랫폼의 임상 적용 가능성을 뒷받침하는 데 필수적일 것으로 생각됩니다.

3. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

   중앙대학교 생명과학과에서 이승환 교수님 연구실에서 본 연구를 수행하였습니다. 저희 연구실은 새로운 표적 특이적 유전자 교정 기술 개발을 비롯하여, 유전자 교정 기술을 활용한 단백질 번역 조절과 희귀/난치성 질환의 발병 기전 연구를 수행하고 있습니다. 기초적인 기술 개발부터 질환 적용 연구까지 폭넓게 진행하며, 유전자 교정 기술의 다양한 활용 가능성을 탐구하고 있습니다.

4. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

연구를 통해 생명과학적 현상을 이해하고, 이를 바탕으로 유전자 치료제 개발에 기여할 수 있는 기반을 마련한다는 점에서 큰 보람을 느꼈습니다. 특히 하나의 유전자 교정 기술을 다양한 형태로 발전시키고 활용할 수 있다는 점이 매우 매력적으로 다가왔습니다. 연구과정에서 어려운 상황을 마주하더라도 포기하지 않고 원인을 분석하며 문제를 해결했을 때 연구자로서 큰 성취감과 자부심을 느꼈습니다.

5. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

   연구를 수행하다 보면 기대한 결과가 나오지 않아 어려움을 겪는 경우가 많습니다. 그럴 때마다 포기하지 않고 꾸준히 원인을 찾으며 연구를 이어가는 과정은 힘들지만, 이러한 노력은 결국 좋은 결과로 이어진다고 생각합니다. 특히 CRISPR 분야는 전 세계적으로 많은 주목을 받는 만큼 연구 속도가 매우 빨라, 현재 수행 중인 연구와 유사한 논문이 언제든 발표될 수 있다는 부담도 있습니다. 그러나 새로운 기술이 빠르게 개발되고 다양한 분야에 적용되는 과정을 직접 경험할 수 있다는 점에서 매우 흥미롭고 매력적인 분야이기도 합니다. 이 분야에 관심이 있다면 빠르게 변화하는 연구 동향을 살피고, 어려움 속에서도 자신만의 연구 방향을 발전시켜 나가시길 바랍니다.

6. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

   저는 개발한 기술들을 가지고 기술의 효율과 정확성을 더욱 향상시키고 다양한 질환에 적용할 수 있도록 연구를 확장하고자 합니다. 특히 질환 관련 동물 모델에서 치료 효능과 장기적인 안전성을 검증하고, 조직 특이적 전달 기술을 통해 실제 유전자 치료제로 활용할 수 있는 기반을 마련하고자 합니다. 또한 TnpB를 비롯한 다양한 초소형 유전체 조절 및 편집 기술을 지속적으로 발굴하고 최적화하여, 기존 유전자 교정 기술의 한계를 극복할 수 있는 새로운 플랫폼을 개발하고자 합니다.

7. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

   이 자리를 빌려 감사한 분들께 마음을 전하고 싶습니다. 연구를 시작할 때부터 지금까지 아낌없는 지원과 가르침으로 이끌어주신 이승환 교수님께 진심으로 감사드립니다. 교수님의 열정적인 지도 덕분에 연구자로서 많이 성장할 수 있었으며, 연구에 임하는 자세와 마음가짐도 배울 수 있었습니다. 또한 실험실에서 서로 응원해 준 연구실 구성원들께도 감사드립니다.

   언제나 저를 믿고 응원해 주는 부모님과 동생에게도 사랑과 감사의 마음을 전하고 싶습니다. 보내주신 믿음과 응원에 보답할 수 있도록 앞으로 더욱 성실하고 훌륭한 연구자로 성장하겠습니다. 주변의 많은 좋은 분 덕분에 이렇게 뜻깊은 결실을 맺을 수 있었습니다. 진심으로 감사드립니다.