기초과학연구원(IBS, 원장 직무대행 김영덕) 유전체 교정 연구단 김진수 단장 연구팀은 한양대 배상수 교수팀과 공동연구를 통해 ‘아데닌 염기교정 유전자가위(Adenine Base Editor)¹⁾’가 특정한 위치에서 시토신²⁾ 염기를 바꿀 수 있다는 사실을 최초로 입증했다.

아데닌 염기교정 유전자가위의 새로운 기능이 확인됨에 따라 향후 새로운 유전자가위 활용의 길이 열릴 것으로 기대된다.

미국 하버드 대학 연구진에 의해 처음 개발된 아데닌 염기교정 유전자 가위는 DNA의 한 쪽 가닥을 자르는 Nickase Cas9(nCas9)과 아데닌 염기를 분해하는 탈아미노효소로 구성돼 있다. 탈아미노효소는 인공적으로 만든 단백질이기 때문에 해당 단백질이 가지고 있는 특성에 대해 알려진 바가 없었다. 따라서 아데닌 염기교정 유전자가위가 널리 활용되기 위해서는 탈아미노효소의 특성과 작용효과를 이해하는 추가적인 연구가 필요했다.

연구팀은 인간 유전체 상의 다양한 타겟을 선정해 아데닌 염기교정 유전자가위를 처리한 후 DNA 시퀀싱을 통해 이를 분석했다. 그 결과 인간 유전체 22개 중 2개가 아데닌이 아닌 시토신으로 치환되는 것을 확인됐고, 추가적인 연구를 통해 구아닌·티민 등으로도 바뀔 수 있다는 점을 확인했다.

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 설명했다.

이번 연구성과는 네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology, IF 35.724) 9월 24일 0시(한국시간) 온라인 게재됐다.

그림설명

▲ 그림 1. 아데닌 염기교정 유전자가위의 시토신 치환 모식도아데닌 염기교정 유전자가위는 크리스퍼 유전자가위와 아데닌 탈아미노효소가 결합된 형태로써, DNA 서열 중 아데닌(A)을 찾아 구아닌(G)으로 교체할 수 있다고 알려져 있다. 연구진은 아데닌 염기교정 유전자가위가 그림처럼 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 있다는 것을 밝혀냈다.