기초과학연구원 유전체 교정 연구단 김진수 단장 연구팀은 한양대 배상수 교수팀과 공동 연구를 통해 '아데닌 염기교정 유전자가위(Adenine Base Editor)'의 새로운 기능을 확인했습니다. <Nature Biotechnology>에 게재된 논문에 따르면 연구팀은 아데닌 염기교정 유전자 가위가 특정한 위치에서 시토신 염기를 바꿀 수 있다는 사실을 최초로 입증했습니다.
아데닌 염기교정 유전자가위
DNA는 인산, 당, 염기가 1:1:1로 구성된 뉴클레오타이드로 이뤄집니다. DNA의 염기는 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 시토신(C)으로 나뉩니다. 아데닌 염기교정 유전자가위는 유전체 교정 도구 중 하나로 DNA 염기순서 중 아데닌(A)을 구아닌(G)으로 치환시키는 기능을 수행하는 분자생물학적 도구를 말합니다.
아데닌 염기교정 유전자가위는 2017년 미국 하버드 대학 연구진이 처음 개발했습니다. 아데닌 염기교정 유전자 가위는 DNA의 한쪽 가닥을 자르는 Nickase Cas9(nCas9)과 아데닌 염기를 분해하는 탈아미노효소로 구성됐습니다. 탈아미노효소는 인공적으로 만든 단백질이기 때문에 해당 단백질이 가지고 있는 특성에 대해 알려진 바가 없었습니다. 따라서 아데닌 염기교정 유전자가위가 널리 활용되기 위해서는 탈아미노효소의 특성과 작용 효과를 이해하는 추가적인 연구가 필요한 상황이었습니다.
정교한 교정
연구팀은 인간 유전체 상의 다양한 타겟을 선정해 아데닌 염기교정 유전자가위를 처리한 후 DNA 시퀀싱을 통해 이를 분석했습니다. 그 결과 연구팀은 인간 유전체 22개 중 2개가 아데닌이 아닌 시토신으로 치환됨을 확인했습니다. 또한 연구팀은 추가적인 연구를 통해 위의 그림에서와 같이 연구팀은 아데닌 염기교정 유전자가위가 5‘-TCC-3’와 같은 시토신이 두 개 이상인 시퀀스에서 시토신(C)을 티민(T) 또는 구아닌(G)과 같은 다른 염기로 정교하게 교정할 수 있음을 밝혀냈습니다.
연구팀은 이번 연구에서 아데닌 염기교정 유전자가위가 DNA의 표적 위치에서 아데닌 뿐 아니라 시토신도 치환할 수 있다는 가능성을 최초로 규명했습니다. 또한 이를 통해 5’-TCC-3’와 같이 시토신이 두 개 이상인 시퀀스 상에서 정확히 가운데의 시토신만을 치환할 수 있는 활용법에 대해서도 새롭게 제시했습니다.
배상수 교수는 "아데닌 염기교정 유전자가위의 새로운 가능성이 입증된 만큼 앞으로 아데닌 염기를 교정할 때는 시토신 염기 치환에 대한 주의가 필요하다"며 "한편으로 이를 활용해 특정한 위치에서 시토신 단일 염기 변이를 유도하거나, 교정하는 유전자 및 줄기세포 치료제 개발, 고부가가치 농축산물 품종 개량 등에 널리 활용될 수 있다"고 이번 연구의 의의를 설명했습니다.
크리스퍼 염기교정 유전자가위가 개발된 이후 염기교정 유전자가위는 유전적인 질병을 교정하기 위한 치료 도구로 주목받고 있습니다. 이에 연구팀은 아데닌 염기교정 유전자 가위를 시토신이 치환된 질병을 더 정교하게 교정할 수 있는 기술로 개발하는 일에 기여하고 싶다고 밝혔습니다.
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