유전자 가위로 질병연구에 새로운 가능성을 열다

유전자가위로 생쥐의 특정 유전자를 없애다

- 네이처 자매지 발표, "신약개발을 위한 유전자 기능연구 및 

질환동물모델 개발 활용" -

국내 연구진이 유전자가위 기술로 생쥐 유전자의 단백질 생성기능을 없애는데(knockout) 성공하여, 생체 내 유전자의 기능 연구나 질환동물모델 개발을 가속화하여 신약개발 및 질병연구에 새로운 가능성을 열었습니다.

* 유전자가위 기술이란?

특정한 DNA 염기서열을 특이적으로 인식할 수 있는 단백질을 디자인하고 제조할 수 있는 기술을 그 근간으로 합니다. 이렇게 생산된 단백질에 DNA를 절단할 수 있는 비특이적인 DNA 제한효소를 달아서 원하는 부위를 마음대로 자를 수 있는 특이적인 DNA 제한효소를 제작하는 기술을 말합니다.

연세대 이한웅 교수(53세)와 서울대 김진수 교수(48세)의 공동연구로 진행된 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적 연구), 미래기반기술개발사업, 중견연구자지원사업(도약연구), 일반연구자지원사업(모험연구) 등의 지원으로 수행되었고, 세계 최고 권위의 과학전문지 ‘네이처’의 자매지인 ‘Nature Biotechnology(IF=23)’최신호(1월 10일자)에 발표되었습니다.

(논문명: Knockout mice created by TALEN-mediated gene targeting)

이한웅, 김진수 교수 연구팀은 유전자가위 기술로 생쥐의 특정 유전자에 돌연변이를 일으켜 단백질을 만들어내지 못하도록 하는데 성공하였습니다.

유전자가위(engineered nuclease)는 특정 DNA 염기서열을 인식해 절단하는 인공 효소로서, 사람을 비롯한 동식물 세포의 어떤 유전자라도 돌연변이를 교정하거나 특정 유전자를 녹아웃하는데 사용됩니다. 유전자가위에는 징크핑거 뉴클레아제와 탈렌(탈·이펙터 뉴클레아제) 등 두 종류가 있습니다.

＊ 징크핑거 뉴클레아제(ZFN)와 탈·이펙터 뉴클레아제(탈렌, TALEN)란? 

징크핑거와 탈·이펙터는 모두 특정 DNA 염기서열을 인식할 수 있는 인위적인 단백질로, 여기에 DNA를 자를 수 있는 효소(뉴클리아제)를 연결하여 원하는 유전자를 마음대로 자를 수 있습니다.  최근 연구는 탈렌이 ZFN에 비해 효율과 안전성 면에서 장점이 많다고 밝혀져있습니다.

배아줄기세포를 이용하는 기존의 녹아웃 기술(2007년 노벨생리학상 수여 분야)로 녹아웃 생쥐를 만들기 위해서는 우선 유전자변형 배아줄기세포주를 확립한 후, 유전자가 변형된 쥐들로부터 다시 교배되어 얻은 2세대로 유전자변형이 전달되는지를 확인해야 하는 등 복잡하고 비효율적인 과정을 거쳐 대략 1~2년의 긴 기간이 필요했습니다.

그러나 연구팀의 유전자가위 기술은 줄기세포를 사용하지 않고 수정란에 직접 주입하기 때문에 6개월 이내에 녹아웃 생쥐를 만들 수 있습니다.

연구팀은 특정 유전자(Pibf1과 Sepw1를 모델로 사용)의 염기서열만을 인식할 수 있는 탈렌을 각각 제작한 후, 생쥐의 세포주와 수정란에 직접 주입하였습니다. 그 결과 해당 유전자 부분에만 정상 쥐의 유전자와는 다른 변이가 발생했고, 변이된 유전자가 후손들에게 안정적으로 유전되는 것을 확인했습니다. 따라서 탈렌은 우리가 원하는 특정 유전자만 녹아웃된 동물모델을 만드는데 매우 효율적이고 유용한 방법임을 입증하였습니다.

이한웅 교수는 “향후 이 기술로 지금까지 제한된 녹아웃 생쥐 생산을 획기적으로 향상시켜 의생명 분야의 연구를 가속화하는데 크게 기여할 것으로 기대한다”라고 연구의의를 밝혔습니다.

또한 김진수 교수는 “유전자가위 기술은 유전자의 염기서열을 교정하거나 특정 유전자를 녹아웃하는 등 최근 과학자들이 주목하는 신기술이다”라고 정의했습니다.

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