IBS, 단백질-RNA 이용해 줄기세포 유전체 교정방법 개발
- 유전자 및 줄기세포 치료제 개발 등 유전질환 치료에 활용 가능 -

□ 미래창조과학부(장관 최문기)와 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 IBS(기초과학연구원, 원장 직무대행 신희섭)의 유전체교정연구단(단장 김진수)이 RNA 유전자가위*를 단백질 및 가이드 RNA**의 형태로 인간 배아줄기세포에 전달함으로써 보다 정밀하면서도 효과적인 유전자 교정에 성공했다.
*유전자 가위 : 유전자의 특정 부위를 절단하여 유전체 교정을 가능하게 하는 인공 제한효소
**가이드 RNA(guide RNA) : RNA 유전자가위의 DNA 특이성을 결정하는 작은 RNA 분자. 가이드 RNA는 Cas9이라는 단백질과 결합하여 RNA 유전자가위를 형성한다. 가이드 RNA만 교체하면 손쉽게 새로운 RNA 유전자가위를 만들 수 있어 생명과학 여러 분야에서 널리 사용되고 있다.  

□ 연구진은 플라스미드 DNA*를 세포 내에 주입하여 세포 내에서 단백질 및 RNA형태로 발현되게 하는 기존의 방법 대신에 RNA 유전자가위를 단백질과 RNA 형태로 직접 세포에 전달하는 방법을 통해 돌연변이 발생을 억제하면서도 정교한 유전자 교정에 성공함으로써 향후 유전학 연구, 유전자 및 줄기세포 치료제 개발, 고부가가치 농축산물 품종 개량 등 관련 연구에 활기를 불어넣을 것으로 기대된다.
*플라스미드 DNA : ‘Cas9 단백질’과 ‘가이드 RNA’를 발현시킬 수 있는 DNA

□ 이번 연구 결과는 유전체 분야 국제 저명 학술지 지놈 리서치(Genome Research, IF 14.397) 6월호 표지논문으로 선정되었다.
* (논문제목) Highly efficient RNA-guided genome editing in human cells via delivery of purified Cas9 ribonucleoproteins
* (제1저자) IBS 유전체교정 연구단 김소정 연수연구원 (서울대 화학부 대학원 박사과정)
* (교신저자) IBS 유전체교정 연구단 김진수 단장(서울대 화학부 교수)

□ RNA 유전자가위*는 줄기세포의 유전자 교정에 사용될 수 있지만, 기존 방법은 일부 플라스미드 조각이 세포의 유전체에 삽입되기 때문에 암을 유발할 수 있는 물질을 만들어 내는 등 전반적인 예측이 어렵다는 문제가 있었다.
*RNA 유전자가위(RNA-guided engineered nuclease, RGEN) : 미생물의 면역체계로 알려진 CRISPR/Cas 시스템을 이용해 연구자가 원하는 유전자 염기서열을 절단하도록 고안된 인공제한효소로 인간 및 동식물 유전자 교정에 사용되는 제3세대 유전자가위. 유전자 가위 단백질 (Cas9)과 가이드RNA (guide RNA)로 구성되어 있음.

□ 그러나 IBS 김진수 단장 연구진은 RNA 유전자가위를 구성하는 ‘Cas9 단백질’이라는 물질을 정제하여 작은 RNA 분자인 ‘가이드 RNA’와 결합시킨 후 전기 자극을 가해 세포 내로 직접 전달함으로써 RNA 유전자가위를 통한 유전자 교정을 효과적으로 성공해 낼 수 있었다고 밝혔다.

□ IBS 유전체교정연구단 김진수 단장은 “단백질-RNA의 형태로 RNA 유전자가위를 도입할 경우 기존 연구방법들에 비해 정확성이 크게 높아졌음을 확인하였다.”고 밝히며 “만약 RNA 유전자가위가 의도하지 않은 DNA 염기서열을 자르게 되면 세포독성을 일으키거나 원하지 않는 염색체 변이를 유발할 수 있기 때문에 RNA 유전자가위의 정확성은 유전질환 치료를 위한 핵심과제로 꼽힌다.”며 이번 연구 성과의 의미를 강조했다.

□ 연구팀은 제1세대 유전자가위인 징크핑거뉴클리아제(ZFN)를 비롯, 제2세대 탈렌(TALEN), 제3세대 RNA 유전자가위를 개발한데 이어 이번에는 RNA 유전자가위를 단백질과 RNA로 전달하는 개선된 방법을 개발해 학계의 주목받고 있다.

□ 한편 또 다른 국내 연구진(한양대 김형범 교수 연구진) 역시 세포내에 자동으로 들어가는 단백질과 RNA 형태의 유전자 가위를 개발해 IBS 김진수 단장 연구진의 논문과 나란히, 동일한 국제 학술지에 개제되는 쾌거를 이루었다. 이처럼 두 개의 국내 연구팀이 각기 독립적인 연구를 통해 세계적인 학술지에 동시 게재되는 것은 매우 이례적인 일이다.