동물 실험에서 미토콘드리아 유전자 편집 성공…세계 최초

송현수 기자 songh@busan.com
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IBS 유전체 교정 연구단, 동물 미토콘드리아 DNA 교정 성공
"미토콘드리아 질환 치료제 개발에 기여"

DdCBE 미세주입법을 이용한 미토콘드리아 DNA 교정 생쥐 제작. 생쥐 배아의 세포질에 DdCBE 전령 RNA를 미세주입해 유전자가 교정된 배아를 제작했다. 미토콘드리아 내로 도입된 DdCBE는 미토콘드리아 DNA에 결합해 목표 부위의 시토신(C)을 티민(T)으로 치환한다. 이어 유전자 교정이 된 배아를 대리모에게 이식해 유전자가 교정된 생쥐를 제작하는데 성공했다. IBS 제공 DdCBE 미세주입법을 이용한 미토콘드리아 DNA 교정 생쥐 제작. 생쥐 배아의 세포질에 DdCBE 전령 RNA를 미세주입해 유전자가 교정된 배아를 제작했다. 미토콘드리아 내로 도입된 DdCBE는 미토콘드리아 DNA에 결합해 목표 부위의 시토신(C)을 티민(T)으로 치환한다. 이어 유전자 교정이 된 배아를 대리모에게 이식해 유전자가 교정된 생쥐를 제작하는데 성공했다. IBS 제공

DdCBE를 이용한 미토콘드리아 DNA 교정 생쥐 제작. 세포의 에너지 대사에 관여하는 ND5라는 미토콘드리아 DNA에 DdCBE를 이용해 시토신(C)을 티민(T)으로 교정했다. 그 결과 ND5에 종결코돈이 만들어진 미토콘드리아 DNA 교정 생쥐가 태어났다. IBS 제공 DdCBE를 이용한 미토콘드리아 DNA 교정 생쥐 제작. 세포의 에너지 대사에 관여하는 ND5라는 미토콘드리아 DNA에 DdCBE를 이용해 시토신(C)을 티민(T)으로 교정했다. 그 결과 ND5에 종결코돈이 만들어진 미토콘드리아 DNA 교정 생쥐가 태어났다. IBS 제공

(왼쪽부터) IBS 유전체 교정 연구단 김진수 단장, 이현지 선임연구원, 이성현 선임연구원. IBS 제공 (왼쪽부터) IBS 유전체 교정 연구단 김진수 단장, 이현지 선임연구원, 이성현 선임연구원. IBS 제공

국내 연구진이 세계 최초로 동물의 미토콘드리아 유전자를 편집하는 데 성공했다.

기초과학연구원(IBS)은 유전체 교정 연구단(단장 김진수)이 염기교정효소 'DdCBE'(DddA 유래 시토신 염기 편집기)를 이용해 생쥐 미토콘드리아 DNA의 특정 염기를 바꾸는 데 성공했다고 19일 밝혔다.

DdCBE를 동물에 적용한 세계 최초의 사례로서, 치료가 어려웠던 미토콘드리아 질환 연구와 치료제 개발에 기여할 것으로 기대된다.

미토콘드리아는 에너지를 만들어 내는 세포 내 소기관이다.

미토콘드리아 DNA에 변이가 일어나면 시력·청력 뿐만 아니라 중추 신경계·근육·심장 등에 치명적인 결함을 일으킬 수 있다.

미토콘드리아 질환은 5000명 중 한 명꼴로 발생하는 흔한 유전질환이지만, 현재까지 마땅한 치료법이 없다.

널리 알려진 유전체 교정 기술인 '크리스퍼 유전자 가위'로는 미토콘드리아 DNA를 교정하는 것이 불가능하다.

절단 효소가 목표 DNA를 인식하기 위해서는 가이드 RNA의 도움이 필요한데, 가이드 RNA가 미토콘드리아 막을 통과하지 못하기 때문이다.

하지만 지난해 미국 브로드 연구소 데이비드 리우 교수 연구팀이 미토콘드리아 DNA를 정밀 편집하는 분자 도구인 DdCBE를 개발했다. 세균에서 유래한 DddA 탈아미노 효소를 이용해 미토콘드리아 DNA 이중나선의 염기 시토신(C)을 티민(T)으로 바꿀 수 있는 편집 기술이다.

이로써 미토콘드리아 DNA도 교정이 가능하다는 것을 증명했지만, 이는 세포 수준의 연구로 동물 개체 수준에서도 정상적으로 작동하는지 확인이 필요했다.

연구팀은 생쥐 세포주(세포 집합)에서 만들어진 다양한 조합의 DdCBE 가운데 가장 효율이 높은 DdCBE를 선정, 생쥐 배아에 주입했다.

이를 대리모에 이식, 미토콘드리아 DNA의 시토신 염기를 티민 염기로 치환한 유전자 교정 생쥐를 제작해 냈다.

나아가 어미 생쥐의 교정된 미토콘드리아 DNA 염기 서열이 다음 세대에게도 온전히 전달됨을 확인했다.

이현지 선임연구원은 "미토콘드리아 DNA를 동물 배아 수준에서 정밀하게 교정할 수 있게 됐다"며 "미토콘드리아 질환 치료제 개발에 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 권위 있는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 19일 자에 실렸다.

송현수 기자 songh@busan.com


송현수 기자 songh@busan.com

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