'미토콘드리아 유전자 가위' 열리나…생쥐 모델 첫 개발

미토콘드리아 유전질환 동물모델 개발

질환 연구 모델 제작·치료 가능성 높여

[서울=뉴시스]기존 미토콘드리아 유전자 교정기술인 TALED는 무작위 RNA 및 DNA 변형을 일으켜 생쥐배아에 적용할 경우 비정상적 발달을 하는 반면 연구진이 개량한 TALED-V28R은 무작위 RNA 및 DNA 변형을 줄이고 미토콘드리아 질환모델 개발 성공에 기여했다. (이미지= 고려대의료원 제공) 2024.01.07. [e-mail].

[서울=뉴시스] 백영미 기자 = 고려대학교 의과대학 융합의학교실 이현지 교수 연구팀(공동 제1저자 홍성호 연구원)과 엣진 연구팀(툴젠 창업자 김진수 최고기술책임자(CTO))은 세계 최초로 미토콘드리아 DNA 염기서열에서 아데닌(A) 염기를 구아닌(G)으로 변형한 생쥐 제작에 성공했다고 7일 밝혔다.

세포 속 에너지 공급원인 미토콘드리아는 그 내부에 에너지 대사에 필수적인 단백질의 유전 정보를 가진 미토콘드리아 DNA를 가지고 있다. DNA 결함은 미토콘드리아의 문제로 이어져 뇌, 신경, 근육에서 다양한 병증으로 나타나게 된다. 또 부모 중 모계 유전으로만 전달되는 미토콘드리아의 특성상 엄마의 미토콘드리아 결함이 자녀에게 유전돼 미토콘드리아 질환으로 나타날 수 있다.

현재 선천적인 유전병의 원인이 되는 돌연변이 유전자를 잘라내 치료할 수 있는 '크리스퍼 유전자 가위(CRISPR-Cas9)' 기술이 DNA 교정 기술로 활용되지만, 미토콘드리아 DNA 교정에는 사용하지 못한다는 한계가 있다.

현재까지 개발된 미토콘드리아 DNA 교정 기술로는 DNA 염기 서열 4종류 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 시토신(C) 중 시토신(C) 염기를 티민(T)으로 교정 가능한 염기교정효소 (이하 DdCBE)와 아데닌(A)염기를 구아닌(G)로 교정 가능한 염기교정기술 (Transcription Activator-Like Effector-linked Deaminase, 이하 TALED)가 있다.

이 중 DdCBE를 활용해 미토콘드리아 C-to-T 유전자 교정을 일으킨 생쥐를 제작한 연구 사례는 있지만, TALED를 활용해 미토콘드리아 A-to-G 유전자 교정을 동물 실험에서 성공한 사례는 보고되지 않았다.

연구팀은 기존에 개발된 TALED가 세포 내에서 의도하지 않은 무작위적 DNA·RNA 변형을 일으킨다는 것을 확인했다. 또 이로 인해 TALED가 생쥐의 수정란에 주입될 경우 배아 발달이 정상적으로 이뤄지지 못하는 것을 발견했다.

[서울=뉴시스] [서울=뉴시스] 왼쪽부터 고려대 의대 이현지 교수, 성균관대 의학과 및 메타바이오헬스학과 이성현 교수, 엣진 CTO 김진수 싱가포르국립대 교수, 고려대 의대 홍성호 연구원, 연대 의대 조성익 박사, KIST 임가영 연구원. (사진= 고려대의료원 제공) 2024.01.07. [e-mail].

이를 바탕으로 연구팀은 TALED 구성 단백질 중 DNA 변형을 매개하는 단백질이 더욱 정밀한 활성을 나타낼 수 있게 개량한 TALED(V28R-TALED)를 개발했고, 이를 통해 TALED의 부작용인 세포 내 무작위 DNA·RNA 변형이 크게 감소된 것을 확인했다. 나아가 개량된 TALED를 생쥐의 수정란에 미세주입해 미토콘드리아 질환 ‘리 증후군(Leigh syndrome)’의 돌연변이를 보유, 병증을 나타내는 질환모델 제작에 성공했다.

공동 제 1저자인 조성익 박사는 “미토콘드리아 유전병은 심각한 증상을 유발하는 경우가 많은데, 이번 연구는 한국의 연구자들이 이를 극복하기 위한 새로운 기술을 개발하고, 그 기술을 발전시킨 좋은 예”라면서 “앞으로도 연구에 매진해 미토콘드리아 유전병 극복에 희망과 가능성을 제시하겠다”고 말했다.

연구책임자인 이 교수는 “이번 연구는 기존 미토콘드리아 유전자 교정 기술의 의도치 않은 무작위적 DNA·RNA 변형을 규명하고 이를 개선해 동물에 성공적으로 적용했다"면서 "미토콘드리아 유전자 교정 기술이 치료제로 개발되기 전 반드시 선행돼야 하는 연구로 적절한 치료법이 없었던 미토콘드리아 질환 치료의 길이 열리는 데 한 발짝 더 다가간 것 같아 기쁘다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 세계적 국제학술지 '셀(Cell)'에 지난 4일(현지시간) 실렸다.


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