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김은지(Eunji Kim) 저자 이메일 보기
서울대학교
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Targeted chromosomal deletions in human cells using zinc finger nucleases
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

Zinc finger nuclease(ZFN)는 인간 유전체 상의 원하는 위치를 자를 수 있게끔 만들어진 유전자 가위입니다. 이는 ZFN이 특정 DNA서열에만 결합하도록 만들 수 있기 때문에 가능합니다. ZFN은 zinc finger DNA binding domain과 FokI의 non-specific cleavage domain으로 이루어져 있습니다. DNA binding 단백질인 zinc finger는 보통 3 bp 를 인식하는 zinc finger module 3-4개가 연속해 있는 구조로 작동하므로 9-12 bp에 결합합니다. 그러나 세포 내에서 target에 맞게 디자인된 ZFN은 dimer로 작용하기 때문에 18-24 bp 를 인식하게 됩니다. 이렇게 확률적으로 전체 human genome상에 한 군데만 인식하는 ZFN을 사용하면 site-specific하게 원하는 target만을 자를 수 있습니다.

ZFN은 세포 내에 도입되었을 때 유전체 상의 원하는 부분에 double strand break(DSB)을 유도할 수 있기 때문에 동물이나 식물 세포에서 효과적인 유전정보조작의 도구로 사용될 수 있습니다. 세포에서 DSB이 발생하면 세포는 자체적으로 가지고 있는 수리 기작을 이용하여 손상된 부위를 고치게 됩니다. 이 때 손상된 부분과 유사한 DNA 서열을 가진 DNA(donor DNA)를 세포 내에 도입해 주면 세포는 이를 template으로 사용하여 손상된 염색체 부분을 수리하는 homologous recombination(HR) 방법으로 DNA repair를 합니다. 이 때 donor DNA에 우리가 원하는 염기서열을 넣어주면 유전체 상의 특정 부위에 원하는 대로 조작이 가능하게 됩니다. 한편, donor DNA가 없을 경우에도 세포는 non-homologous end joining(NHEJ) 방식으로 손상된 부위를 고치게 됩니다. NHEJ는 끊어진 DNA 가닥을 바로 접합시켜서 원상태로 수리할 수도 있지만, 끊어진 DNA 가닥 말단에서 insertion이나 deletion이 일어나는 error-prone한 방향으로 수리가 진행될 수 있습니다. 따라서 ZFN을 이용하여 특정 유전자의 염기서열 부분에 이중가닥손상을 일으켜 NHEJ를 유도하면 원하는 유전자에 돌연변이를 일으키고 녹아웃(knock-out) 세포 주를 만들 수 있습니다.

지금까지의 ZFN을 이용한 genome editing 기술은 주로 locus-specific하게 gene correction이나 mutation을 도입 하는 데 사용되어 왔습니다. 우리 실험실에서는 서로 다른 두 locus를 targeting하는 ZFN을 이용하여 두 locus 사이의 긴 길이 DNA sequence를 잘라 낼 수 있지 않을까 가정하여 연구해 보았습니다. 그 결과, ZFN을 이용하여 염색체 상에 다양한 길이의 deletion을 유도 할 수 있다 라는 사실을 처음으로 밝혔습니다. ZFN을 이용한 chromosomal deletion은 긴 길이의 gene cluster, intergenic region 을 원하는 만큼 선택적으로 제거할 수 있기 때문에 유전학과 유전체 학에 중요한 도구로 사용될 것으로 기대하고 있습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

서울대학교 화학부에 속해 있는 "유전체 엔지니어링 연구실"은 맞춤형 zinc finger 단백질을 사용하여 다양한 생물의 유전체를 엔지니어링하는 연구를 하고 있습니다. zinc finger 단백질에 전사조절 도메인을 결합한 인공전사인자(artificial transcription factors)와 유전자 가위 ZFN을 유전체 엔지니어링의 도구로 사용하고 있습니다. 저희 연구실은 김진수 교수님의 지도하에 한 분의 Post-doctor, 10명의 학생으로 이루어진 열정적이고 화목한 랩입니다. 훌륭하신 교수님의 지도 덕분에 항상 활발한 토론과 참신한 아이디어가 넘치는 연구실입니다.
저희 연구실이 궁금하신 분은 http://gel.snu.ac.kr 로 방문해 주세요.

3. 다른 하시고 싶은 이야기들....

함께 고생하고 함께 즐거워한 실험실 식구들, 논문이 나기까지 아낌없이 조언해주고 도와주셔서 감사 드립니다. 인내를 가지고 저희를 지도해주신 김진수 교수님께 또한 감사를 드립니다.

* 본 인터뷰는 이형주/김은지 공동으로 작성하였습니다.
 등록일 2009-12-08
Category: Genomics
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