염기 하나 콕 집어 바꾼다…아데닌 염기교정 유전자가위 새 기능 규명

2019.09.24 00:00
IBS 유전체교정연구단과 한양대 공동 연구팀이 새롭게 밝혀낸 ′아데닌 염기교정 유전자가위′의 기능. 시토신이 두 번 이상 반복하는 서열에서 가운데에 있는 시토신을 치환할 수 있다는 사실을 확인했다. IBS 제공
IBS 유전체교정연구단과 한양대 공동 연구팀이 새롭게 밝혀낸 '아데닌 염기교정 유전자가위'의 기능. 시토신이 두 번 이상 반복하는 서열에서 가운데에 있는 시토신을 치환할 수 있다는 사실을 확인했다. IBS 제공

국내 연구팀이 DNA의 염기 중 하나를 바꿀 수 있는 '아데닌 염기교정 유전자 가위'의 새로운 기능을 최초로 밝혀냈다. 

 

김진수 기초과학연구원(IBS)은 유전체교정연구단장과 배상수 한양대 화학과 교수 연구진은 아데닌 염기교정 유전자가위가 아데닌 염기 뿐 아니라 시토신 염기도 치환할 수 있다는 사실을 알아냈다고 24일 밝혔다.  

 

유전물질인 DNA를 이루고 있는 기본단위인 핵산은 구성요소 중 염기가 아데닌(A), 구아닌(G), 시토신(C), 티민(T) 등 4가지다. 이 염기순서에 따라 담고 있는 유전정보가 달라지고, 생성되는 단백질도 달라진다. 

 

아데닌 염기교정 유전자가위는 미국 하버드대 연구팀이 2017년 개발한 기술로, 염기 하나를 다른 염기로 바꿀 수 있다. 지금까지는 타깃이 되는 DNA 염기서열에서 아데닌을 구아닌으로 바꾸는 작용만 알려져 있었다.  

 

이 유전자가위는 'DNA의 한쪽 사슬을 자르는 효소(nCas9)'와 아데닌 염기를 분해하는 '탈아미노효소'로 구성돼 있다. 그런데 탈아미노효소는 인위적으로 제작한 단백질이기 때문에 어떻게 작용하는지 구체적으로 알 수 없었다. 그래서 염기 교정 유전자가위를 실제 연구, 산업 분야에서 널리 활용하려면 먼저 탈아미노효소가 어떻게 작용하는지에 대한 추가 연구를 해야 했다. 예를 들면 아데닌 외에도 다른 염기를 바꿀 수 있는지에 대한 확인이 필요했다.

 

연구팀은 인간 유전체의 다양한 부위에 아데닌 염기교정 유전자가위를 적용했다. 그리고 DNA 염기서열을 해독해 실제로 얼마나 많은 염기가 바뀌어 있는지 분석했다.

 

그 결과 아데닌 염기교정 유전자가위가 아데닌뿐만 아니라 시토신도 다른 염기로 바꿀 수 있다는 사실을 최초로 알아냈다. 그런데 서열에 따라서 어떤 시토신은 다른 염기로 바뀌고 어떤 것은 바뀌지 않았다. 

 

연구팀은 특정 서열에서만 시토신이 바뀐다는 것을 예상하고, 컴퓨터 프로그래밍을 통해 이를 확인했다. 가령 5'-TCC-3'처럼 시토신이 두 개 이상 존재하는 서열에서만, 정확히 가운데에 있는 시토신을 다른 염기로 치환했다.

 

배상수 교수는 "아데닌 염기교정 유전자가위가 시토신도 치환할 수 있다는 새로운 작용을 알아낸 만큼, 추후 이 기술을 유전자치료제 또는 줄기세포치료제를 개발하거나 농축산물 품종을 개량하는 데 활용할 수 있을 것"이라고 설명했다. 

 

연구결과는 국제학술지 '네이처 바이오테크놀로지' 온라인판 24일자에 실렸다.
 

국내 연구팀이 아데닌 염기교정 유전자가위의 새로운 기능을 밝혀냈다. 왼쪽부터 김진수 IBS 유전체교정연구단장, 배상수 한양대 화학과 교수, 정유경 한양대학교 화학과 박사과정연구원, 김헌석 한양대 화학과 박사후연구원이다. IBS 제공
국내 연구팀이 아데닌 염기교정 유전자가위의 새로운 기능을 밝혀냈다. 왼쪽부터 김진수 IBS 유전체교정연구단장, 배상수 한양대 화학과 교수, 정유경 한양대학교 화학과 박사과정연구원, 김헌석 한양대 화학과 박사후연구원이다. IBS 제공

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