기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단 연구팀(단장 김진수)은 미토콘드리아 DNA 편집이 가능한 새로운 유전자가위 기술 '징크핑거 염기 교정 효소'(ZFD, Zinc Finger Deaminase)를 개발했다고 20일 밝혔다.

김진수 단장 <사진=Nature>

미토콘드리아는 에너지를 만들어 내는 세포 내 소기관으로, 미토콘드리아 DNA에 변이가 일어나면 시력·청력뿐만 아니라 중추 신경계·근육·심장 등에 치명적인 결함을 일으킬 수 있다.

미토콘드리아 질환은 5천명 중 한 명꼴로 발생하는 흔한 유전질환이지만, 현재까지 마땅한 치료법이 없다.

널리 알려진 유전체 교정 기술인 '크리스퍼 유전자 가위'(CRISPR-Cas9)로는 미토콘드리아 DNA를 교정하는 것이 불가능하다.

2020년 미국 브로드 연구소 데이비드 리우 교수 연구팀이 세균에서 유래한 DddA 탈아미노 효소를 이용해 개발한 'DdCBE'(DddA 유래 시토신 염기 편집기)가 유일한 미토콘드리아 DNA 염기 교정 기술이다.

연구팀은 기존 DddA 탈아미노 효소와 징크핑거 단백질을 합쳐 징크핑거 염기 교정 효소를 개발했다.

미토콘드리아 DNA 염기교정

[기초과학연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

징크핑거 단백질은 크기가 작아 다양한 구조로 디자인할 수 있고 활용이 쉽다. 세포 투과 능력이 우수해 핵산 없이도 유전체 교정이 가능하다.

연구팀은 징크핑거 염기 교정 효소를 이용해 미토콘드리아 DNA 이중나선의 시토신·구아닌(C/G) 염기쌍을 티민·아데닌(T/A)으로 바꾸는 데 성공했다.

기존 DdCBE 염기 교정 기술보다 더 다양한 변이를 유도할 수 있으며, 징크핑거 단백질을 개량해 표적 하지 않은 부위를 절단하는 오작동(off-target) 비율을 낮출 수 있다고 연구팀은 설명했다.

김진수 단장은 "미토콘드리아 질환을 비롯한 난치병 연구와 치료뿐만 아니라 식물의 엽록체 DNA 등 다른 소기관의 DNA 교정에도 다양하게 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature communications) 지난 18일 자 온라인판에 실렸다.

제노메딕스 유승민 jaehunyou@naver.com 유승민의 기사 더보기

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