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

인간 유전체에는 Short Tandem Repeat(STR)이라고 불리는 반복되는 작은 서열들이 존재합니다. 이러한 서열의 반복은 사람마다 조금씩 차이가 있고, 대부분의 경우에는 문제가 되지 않습니다. 하지만 이 서열의 반복이 특정 횟수를 넘어가게 되면 질병과 관련이 있다는 연구들이 있습니다. 특히 척수소뇌성 운동실조증 (Spinocerebellar ataxia, SCA)와 관련이 높은데, 익숙한 헌팅턴 증후군의 경우에도 HTT 유전자에 CAG 모티프 서열이 35개 이하로 등장할 경우 문제가 되지 않지만, 36개 이상의 경우 헌팅턴 병을 일으키고, 그 발병 가능성과 발병 연령은 CAG motif의 개수와 밀접한 관련이 있다고 알려져 있습니다 (반복수가 많을수록 발병이 빠름). 이러한 이유로 척수소뇌성 운동실조증과 관련된 병변의 진단에 이러한 STR 검사가 사용되는데요, 기존의 PCR을 통한 NGS 시퀀싱 방식은 시퀀싱 길이의 제한, 반복 서열의 PCR 에러 등의 이유로 작은 motif가 몇 번 반복되는지 정확하게 알기 어렵습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 PCR 및 시퀀싱 길이에 거의 제약을 받지 않는 Oxford Nanopore Technologies의 long-read sequencing 기술을 사용하고 있습니다. 이때 모든 유전체를 읽는 게 아닌, 질병과 관련된 locus만 높은 throughput으로 읽기위해 Cas9 뉴클레아제를 이용해서 원하는 부분만 남기는 기술이 개발되었습니다. 이를 nCATS (Nanopore Cas9-targeted sequencing)라고 합니다. 이번 저희 연구실에서 발표한 논문은 기존의 nCATS 시퀀싱을 보다 최적화하였으며, 질병의 발병에 관여한다고 알려진 motif 외에 새로운 de novo motif를 탐지 및 시각화 하는 프로그램을 개발하였으며 이를 활용하여 기존에 진단할 수 없었던 많은 환자들을 진단할 수 있었음을 보여주었습니다. 해당 기술 및 파이프라인을 이용하면 현존하는 모든 STR 기반 질환을 단 한 번의 검사로 진단할 수 있으며, 기존에 알려진 motif 외에 새로운 motif가 있는지, motif 반복이 중간에 끊어지는 현상이 있는지(interruption) 등을 직관적으로 확인할 수 있습니다.

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

Short tandem repeat motif의 비정상적인 반복수가 질환과 연관이 되어있다고 알려져 있지만, 정확하게 어떠한 메커니즘을 통해 motif의 반복이 질환으로 나타나게 되는지에 대해서는 연구된 바가 적습니다. 질환의 근본적인 치료를 위해서는 관련 질환의 발병 기작에 대한 추가적인 연구가 필요합니다.

3. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

본 연구는 제가 속해 있는 서울대학교 의과대학 생화학교실의 배상수 교수님 연구실과 서울대학교 병원 임상유전체 의학과 및 신경과의 문장섭 교수님 연구실의 협력으로 진행하였습니다. 저희 연구실에서는 유전자가위라고 알려진 CRISPR 시스템을 활용하여 이를 다양한 분야에서 적용하는 연구 및 새로운 유전자가위를 개발하는 연구를 활발하게 진행하고 있습니다.

4. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

실제 환자의 치료, 진단과 아주 밀접한 연구를 하고 있다는 사실이 개인적으로 많은 의미를 가지고 있습니다. 연구를 할 때 목적의식이 중요하다고 생각하는데 때때로 연구가 힘이 들고 좌절감이 들어도 제가 하고 있는 일이 곧 질환으로 고통받는 환자들에게 도움이 된다는 생각이 지친 저를 다시 일으켜 세우는 원동력이 되고 있습니다. 많은 사람들에게 도움이 되는 연구를 할 수 있다는 점이 아주 큰 행운이고 감사한 점이라고 느낍니다.

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

많은 분야가 그러하지만 특히 CRISPR 및 bioinformatics 분야는 하루가 다르게 발전하고 있습니다. 이러한 방대한 내용을 follow up 하는 것이 피로하게 느껴질 수도 있겠지만, 그만큼 다양한 기회와 연구주제들이 넘쳐난다고 생각합니다. 열의만 있다면 분명 흥미로운 연구들을 하실 수 있을 거라고 생각합니다.

6. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

본 연구를 하며 많은 연구적인 성장이 있었습니다. 실험을 계획하는 능력을 기르고, 관련분야의 지식을 습득할 수 있었습니다. 앞으로는 지금까지 해왔던 연구에 얽매이는 것보다 최첨단 기술의 개발 및 새로운 활용과 관련된 연구를 진행하고자 합니다.

7. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

부족함 많은 저에게 능력을 주시고 이끌어주시는 하나님께 감사드립니다. 이 연구를 처음 시작할 때만 하더라도 실험이 미숙하고 실수가 많던 대학원 1학년이었습니다. 그럼에도 불구하고 이런 연구의 기회를 주시고, 지도해주신 지도교수 배상수 교수님께 감사드립니다. 아무것도 모르던 저에게 실험 및 분석에 관해서 많은 것을 알려주고, 중요한 순간에 저를 믿고 맡겨주신 현재 한양대학교 화학과 교수로 계신 황규호 박사님께도 깊은 감사를 드립니다. 또한 연구실 내에 제가 도움을 받지 않은 사람이 없을 정도로 많은 분들의 도움을 받았습니다. 언제나 웃으며 도와주신 연구실의 모든 연구자 분들께 진심으로 큰 감사를 드립니다. 이렇게 좋은 분들과 함께 연구할 수 있음이 얼마나 큰 행운인지 차마 말로 다 표현하지 못할 정도입니다. 마지막으로 항상 큰 힘이 되고 저를 응원하고 기도해주시는 저의 가족들에게도 무한한 감사를 드립니다.