인간 미토콘드리아 DNA '아데닌 염기교정 기술' 최초 개발

IBS 연구단, 아데닌(A) 탈아민화 통해 구아닌(G) 치환 기술

A 염기교정으로 '점 돌연변이' 43% 치유, 국제학술지 발표

미토콘드리아 유전질환 연구와 치료 활용…식물에도 적용

[대전=뉴시스] 미토콘드리아 DNA에서 TALED의 아데닌 염기 교정 모식도. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 인간 미토콘드리아 DNA의 아데닌 염기교정 기술이 세계 최초로 국내 연구진에 의해 개발됐다.

기초과학연구원(IBS)은 유전체 교정 연구단이 미토콘드리아 DNA의 아데닌(A) 염기교정도구(TALED)를 개발했다고 26일 밝혔다.

미토콘드리아는 에너지를 만들어내는 세포 내 소기관으로 미토콘드리아 DNA에 변이가 일어나면 유전질환뿐 아니라 암·당뇨병·노화 관련 질환을 일으킬 수 있다.

병원성 미토콘드리아 DNA의 돌연변이 95개 중 90개는 DNA 염기 하나가 변이된 '점 돌연변이'로 점 돌연변이를 원래의 염기로 교정하면 대부분의 병원성 미토콘드리아 유전질환을 치료할 수 있다.

하지만 미토콘드리아 DNA 4개의 염기 서열 중 지난 2020년 시토신(C) 염기를 티민(T)으로 교정하는 기술이 개발됐고 이 기술도 점 돌연변이 9개(10%)만 고칠 수 있다는 한계가 있다. DNA 염기는 아데닌(A)·구아닌(G)·시토신(C)·티민(T)이 있다.

이번에 IBS 연구진이 세계 최초로 개발한 미토콘드리 아데닌(A) 염기교정 기술은 점 돌연변이 39개(43%)를 고칠 수 있어 미토콘드리아 DNA의 표적 범위를 비약적으로 늘렸다.

미토콘드리아 관련 다양한 종류의 동물 질환 모델 제작 및 미토콘드리아 유전질환의 근본적인 치료 길을 열었다는 평가를 받은 이번 연구결과는 생물학 분야의 권위 있는 학술지인 셀(Cell)에 26일(한국시간) 게재됐다.(논문명:Targeted A-to-G base editing in human mitochondrial DNA with programmable deaminases)

연구 논문 제1저자인 조성익 연구원은 세균에서 유래한 'DddA 시토신 탈아미노 효소'에 주목했다.

조 연구원은 "기존 탈아미노 효소는 DNA 단일 가닥에 작동하는 반면 DddA는 이중가닥에 작동한다. 연구팀은 DddA가 DNA 이중가닥을 일시적으로 풀어 탈아미노효소를 DNA 이중 가닥에 접근할 수 있게 할 것이란 가설을 세웠다"고 설명했다.

가설을 바탕으로 연구팀은 DddA와 아데닌 탈아미노 효소(TadA 8e)를 융합한 염기교정 기술인 TALED를 제작했다. 이 아데닌 TALED를 인간 미토콘드리아 DNA에 적용한 실험 결과, 아데닌(A)이 탈아민화되면서 구아닌(G)으로 치환돼 인간 미토콘드리아 DNA의 아데닌 염기 교정에 최초로 성공했다.

또 시토신 탈아민화 효율을 높이는 UGI(Uracil-DNA glycosylase inhibitor) 단백질을 TALED에 융합하면 시토신과 아데닌의 염기교정을 동시에 일으킬 수 있다는 사실도 확인했다.

UGI가 없으면 시토신 염기교정은 일어나지 않고 아데닌 염기만 교정돼 시토신과 아데닌의 동시 교정은 원하는 유전자의 무작위 돌연변이 유발에, 아데닌 염기의 선택적 교정은 질병 치료 또는 질병 모델 제작에 사용할 수 있는 길을 열었다.

연구진은 총 17개의 미토콘드리아 DNA 내 표적 염기서열(아데닌)에 대해 TALED를 만들어 검증, 최대 49%에 달하는 높은 아데닌 교정 효율을 확보했다.

교신저자인 IBS 김진수 박사는 "마땅한 치료법이 없었던 미토콘드리아 유전질환의 근본적인 해결책을 제시했다"며 "TALED는 다른 세포소기관인 엽록체에서도 작동 가능해 식물에도 적용할 수 있는 만큼 분자생물학과 유전학뿐 아니라 바이오제약·생명공학·농림수산업·환경 산업에도 폭넓게 기여할 것"이라고 말했다.


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