해외언론동향
해외언론동향 내용 담당 :생명윤리안전정책연구팀 : 02-737-8452,
게재 일자 : 2019-10-28 
키워드 : 유전자편집, 유전체편집, prime-editing, gene editing, CRISPR 

2012년 발명된 매우 강력한 유전체편집 도구인 CRISPR는 여전히 완벽하지 않음. CRISPR은 때때로 원치 않게 유전자를 바꾸기도 하고, DNA 이중나선의 두 가닥을 절단하여 세포가 엉망이 된 유전자를 복구하게 함으로써 편집됨. 따라서 농업분야나 기초연구에서의 사용을 제한시키고 의학분야에서 안전상의 위험을 내포하고 있음. 그러나 CRISPR를 개선하기 위한 새로운 이 도구는 CRISPR의 가장 큰 단점 가운데 일부를 개선시킬 수 있을 것으로 기대됨. 하버드대학교의 CRISPR 개척자인 화학자 George Church 교수는 Nature에 게재된 이 결과*에 대해 올바른 방향으로 나아가는 큰 걸음이라고 언급함.

*Anzalone AV, Randolph PB, Davis JR et al., “Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA,” Nature. 2019 Oct 21. doi: 10.1038/s41586-019-1711-4.

 

프라임편집(prime editing)”이라고 불리는 이 새로운 도구는 기존의 방법보다 더 적은 개입으로 유전체 표적에 특정 염기서열을 삽입하거나 삭제할 수 있도록 되어 있음. 이 새로운 연구를 수행했고 과거 염기편집이라고 불리는 인기 있는 정교한 CRISPR를 발명한 브로드 연구소의 화학자 David Liu프라임 편집기는 보다 높은 표적 유연성과 편집의 정밀도를 제공합니다.”라고 말함.

 

Liu교수와 박사 후 연구원인 Andrew Anzalone 그리고 공동 연구자들은 175개 이상의 다른 편집을 수행하면서 몇몇 인간·쥐세포에 그들의 프라임편집을 실험했음. 연구자들은 테이삭스병과 겸상적혈구성빈혈을 일으키는 돌연변이를 대상으로 기존의 유전체편집 시스템이 고칠 수 없었거나 비효율적으로 이뤄지는 DNA 변이를 교정했음. 세포에서의 편집은 높은 비율로 이뤄졌고 비표적변이가 상대적으로 적었음. 연구진은 논문에서 이 기술이 원칙적으로, 알려진 질병을 일으키는 인간 유전자 변이의 약 89%를 교정할 수 있습니다.”라고 주장함.

 

대부분의 CRISPR 시스템은 유전체의 특정위치를 인지하는 guide DNADNA의 이중나선을 자르는 Cas9 효소로 결합된 분자 복합체에 의존함. 세포가 DNA를 다시 연결하려는 기작이 이뤄지는 동안 복구시스템은 염기(nucleotides)를 삽입하거나 제거할 수 있음. 연구자들은 질병을 야기하는 유전자의 발현을 억제시키기 위해 이를 이용할 수 있음. 또한 연구자들은 비효율적인 복구과정을 이용해서 일부 DNA를 추가하거나 심지어 전체 유전자까지도 추가할 수 있음.

 

그러나 이중나선의 절단은 유전체 파괴(genome vandalism)”라고 Church 교수는 말함. 세포가 유전자 절단을 복구하려고 시도할 때 싫든 좋든 삽입 및 삭제가 이뤄지며, 때때로 원치 않는 심지어 심각하게 위험한 돌연변이를 불러일으키기도 함.

 

Liu의 염기편집기는 DNA의 이중나선을 자르지 않지만 대신에 CRISPR 표적화 물질을 이용하여 원하는 곳에 추가 효소를 이동시켜 단일염기서열을 다른 염기로 치환함. 많은 유전적 특성과 유전질환은 단일염기서열의 변화에 따라 발생하기 때문에 염기편집은 생명공학과 의학에 강력한 대안을 제시했음. 하지만 이 방법에는 한계가 있고, 때때로 표적 외 돌연변이를 유발시키기도 했음.

 

프라임 편집은 Cas9 단백질과 guide RNA를 크게 변형시켜 기술의 단점을 보완했음. 변형된 Cas9DNA의 이중가닥을 절단하는 대신에 단 한 가닥만 자름(nick)”. pegRNA라고 불리는 새로운 가이드는 표적 위치에 새로운 DNA 염기서열을 추가하기 위한 RNA 주형을 포함하고 있음. 이를 위해 Cas9에 부착된 두 번째 단백질인 역전사효소가 필요하며, 역전사효소를 통해 RNA 주형으로부터 새로운 DNA를 만들고 이것은 잘려진 부분에 삽입될 수 있음.

 

Liu는 이 새로운 기술을 이용하는 기업인 Prime Medicine를 설립했으며, 이 편집기가 자리를 잡기 위해서 많은 실험실에 강력하고 유용하다는 것을 입증해야 할 것이라고 강조함. RNA와 효소의 큰 구조를 살아있는 세포에 전달하는 것 역시 어려울 것이며, 아직까지는 동물 모델에 이것을 적용할 수 있다는 것 역시 보여주지 못했음.

 

버클리대학교의 혁신유전체학연구소 과학부장인 Fyodor Urnov교수는 Natrue 논문을 검토했고 엄청난 과학적 순간 중 하나라고 말함. 또한 프라임편 집이 질병을 유발하는 돌연변이를 잘 복구할 수 있겠지만 이 기술은 올해 처음 선보였으며 아직까지 확신하기는 이릅니다.”라고 덧붙였음.

 

- 기사 및 사진 출처 : https://www.sciencemag.org/news/2019/10/new-prime-genome-editor-could-surpass-crispr

- 관련논문 : https://www.nature.com/articles/s41586-019-1711-4

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