IBS 연구진이 신형 크리스퍼 Cpf1 유전자가위(CRISPR Cp1)를 사용해 생쥐 배아의 유전자 교정에 최초로 성공했다. Cpf1 단백질이 지난해 학계에 보고된 이후 동물 개체 수준에서 유전자 교정에 시도해 성공한 첫 번째 사례다.

크리스퍼 Cpf1 유전자가위는 현재 널리 이용되는 크리스퍼 Cas9 유전자가위와 다른 종류다. 크리스퍼 Cpf1은 DNA를 자르는 Cpf1 단백질과 염기서열을 찾아가는 크리스퍼RNA(crRNA)를 혼합해 만든다. Cpf1 단백질 구조는 Cas9 단백질과 달라 결합하는 RNA 길이가 짧아 제작에도 수월한 장점이 있다. 무엇보다 Cpf1 단백질은 타이미닌이 풍부한 염기서열을 찾아가기 때문에 크리스퍼 Cas9이 표적할 수 없었던 염기 서열의 유전체 교정이 가능하다. Cas9은 구아노신이 풍부한 염기서열을 찾아들어가기 때문이다. 연구진은 이러한 Cpf1의 특이성에 집중해 연구를 시작했다.

연구진은 크리스퍼 Cpf1 유전자가위를 이용해 일반 생쥐의 두 가지 유전자를 각각 교정하는 실험을 진행했다. 먼저 생쥐의 면역 체계에 관여하는 Foxn1 인자 교정을 시도했다. Foxn1 인자가 사라지면 면역체계에 문제가 생길 뿐만 아니라 털이 자라지 않게 된다. 다음으로 백색증(Albino)에 관여하는 Tyrosinase 유전자에 교정을 시도했다. Tyrosinase 유전자가 사라지면 멜라닌 생성에 문제가 생겨 까만 털을 가진 쥐도 하얀 털을 갖게 된다. 연구진은 생쥐의 배아에서 유전자 교정을 시도했고 그 결과 특정 유전자의 변이가 도입된 돌연변이 생쥐 제작에 성공했다.

또한 연구진은 전기적 방법을 활용하면 짧은 시간 내에 효율적으로 크리스퍼 Cpf1 유전자가위를 전달할 수 있음을 밝혔다. 이 방법을 이용하면 짧은 시간에 다수의 동물 배아에 유전자가위를 효과적으로 적용할 수 있다.

▲ 연구진이 개발한 전기충격을 활용하면 짧은 시간 내에 많은 수의 배아에 크리스퍼 Cpf1 유전자가위를 적용해, 효과적으로 형질전환 생쥐를 제작할 수 있다.

본 연구는 크리스퍼 Cpf1 유전자가위를 이용해 동물의 형질전환을 할 수 있음을 보고한 첫 사례다. 이를 활용하면 앞으로 생쥐, 소, 돼지 등 일반 동물과 가축 유전자 교정에도 널리 활용할 수 있을 것으로 보인다. 뿐만 아니라 질병 모델동물을 만드는데 적용될 경우 생명과학 연구 분야에서 크게 활용될 것으로 기대된다. 실험 동물모델인 유전자 결손 생쥐(Knock-out mice)를 만들 때, 크리스퍼 Cpf1 유전자가위를 도입하면 크리스퍼 Cas9으로 일으킬 수 있는 유전자 교정과 다른 종류의 교정을 만들 수 있다. 이미 세계 많은 연구진들이 크리스퍼 유전자가위를 이용해 질병 동물모델을 만드는 만큼 앞으로 산업적으로도 크게 활용될 수 있을 것으로 전망된다.

이번 연구결과는 생명과학 및 화학분야 국제 저명 학술지인 ‘네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology, IF 41.514)’ 온라인판에 6월 7일 새벽 12시(한국시간)에 연구진이 크리스퍼 Cpf1의 정확성을 입증한 연구와 동시에 게재되었다.

▲ 연구진은 신형 유전자가위인 ‘크리스퍼 Cpf1’을 활용해 일반 생쥐에서 형질 전환 생쥐를 제작했다. 털에 관여하는 전사인자 Foxn1과 멜라닌 생성에 관여하는 유전자 Tyrosinase의 교정을 시도하는데 성공했다. 연구진은 다음 세대에서는 결과적으로 완전히 털이 없는 생쥐와 흰 털이 나는 생쥐가 나타날 것으로 예상하고 있다.

IBS 대외협력실 고은경