한국과학기술원(KAIST)은 이지민 의과학대학원 교수팀이 한국과학기술연구원(KIST)의 오승자 선임연구원, 이주용 강원대 교수와 함께 질병 세포에서만 핵 내 유전자 교정을 수행할 수 있는 유전자 가위 시스템(CRISPR/Cas9)을 개발했다고 14일 밝혔다.
연구팀은 세포 내 마이크로RNA가 특정 서열을 인식해 절단한다는 특성을 활용, 질병 세포에서 과발현되는 마이크로RNA에 특이적으로 절단되는 링커를 연결한 유전자 가위 시스템을 설계했다. 이 시스템은 정상 세포에서 유전자 교정을 수행하지 않지만 질병 세포에서는 링커가 절단되면서 유전자 교정을 수행할 수 있다.
이 플랫폼은 정상 세포와 질병 세포가 혼합된 실제 환자에게도 효과적인 유전자 교정 치료를 진행할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구는 신철희 KIST 연구원, 박수찬 KAIST 의과학대학원 연구원이 공동 제1 저자로 참여했다. 이번 연구는 국제 학술지 '뉴클레익 엑시드 리서치' 온라인판에 지난달 30일 자 출판됐다.
마이크로RNA는 유전자를 전사 후 조절하는 19~24 뉴클레오티드(DNA나 RNA의 기본 단위) 길이 RNA다. 마이크로RNA는 DNA로부터 전사된 메신저 RNA에 아르고너트 단백질을 통해 결합하며, 결합 메신저 RNA를 절단한다.
연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 질병 세포 본연의 생태를 활용하는 접근법을 고안했다. 연구팀은 핵 위치 신호(NLS)가 부착된 기존 유전자 가위(Cas9)에 핵 외 수송신호(NES)를 연결한 질병 세포 마이크로RNA의 메신저 RNA 표적 서열을 결합한 유전자 가위를 제작했고, 이를 유전자 가위 '셀프 체크인'으로 명명했다.
연구팀은 셀프 체크인으로 마이크로RNA-21이 과발현된 폐암 세포에서 발암 유전자 Ezh2 유전자 교정에 성공했다. 또 이를 항암제(시스플라틴)와 병행 사용해 폐암 세포 성장을 더욱 효과적으로 억제할 수 있음을 쥐 실험으로 밝혔다. 단일 가이드 RNA 및 메신저 RNA 표적 서열을 상황에 맞게 교체하면 다양한 질병에 적용이 가능할 것으로 기대된다.
연구팀은 “유전자 가위 셀프 체크인 기술은 기존 유전자 가위 시스템의 문제를 개선해, 높은 특이성을 가지고 질병 세포에 대한 유전자를 세포 특이적으로 교정할 수 있다는 것을 확인할 수 있다”며 “다양한 질병 연관 마이크로RNA에 대응해 기술을 적용할 수 있을 것”이라고 전했다.
한편 이번 연구는 삼성미래기술육성사업, 한국연구재단 이공분야 기초연구사업 및 한국과학기술연구원 지원을 받아 수행됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
