고대의대 생리학교실 김경미 교수팀,

정확한 유전자편집을 위해 개선된 프라임편집 기술 개발

-염기 하나 이상의 정확한 유전자교정을 위해 향상된 프라임편집 기술 개발 성공

-유전체 연구 분야 상위 ５％ 저널 게재돼

생리학교실 김경미 교수, 박수지 고려대 대학원생, 정태영 고려대 대학원생

고려대학교 의과대학 생리학교실 김경미 교수팀과 서울대학교 수의과대학 성제경 교수팀이 공동연구로 ４세대 유전자가위인 프라임편집 기술을 향상시켜 염기 하나 이상의 새로운 유전자 표적에서도 효율적으로 교정이 가능한 편집기술을 개발했다.

크리스퍼-카스 시스템은 원하는 표적 돌연변이 유발을 효율적으로 생성할 수 있는 다양한 고급 유전자편집 기술로 꾸준히 진화해 왔다. 특히, 크리스퍼 시스템을 기반으로 개발된 사이토신 염기편집기(cytosine base editor)와 아데닌 염기편집기(adenine base editor)는 인간세포 및 동물세포를 비롯한 다양한 유기체에서 각각 C·G에서 T·A로, A·T에서 G·C로의 치환을 효율적으로 수행할 수 있게 됐다．

하지만 이러한 기술의 발전에도 불구하고 하나 이상의 뉴클레오타이드 삽입, 변환 또는 절단을 포함하는 표적화된 유전자편집 및 교정에는 상동성 지정 복구(HDR) 기작의 낮은 효율로 유전자편집이 제한적이었다.

최근 학계에 보고된 새로운 개념의 유전자편집 도구인 프라임 편집기(Prime editor)는 nickase Cas9(H840A)과 M-NLV RT(a commercial Moloney murine leukemia virus reverse transcriptase)로 구성됐으며, 원하는 편집 서열을 코딩하는 프라임편집 가이드 RNA(pegRNA)에 의해 구동된다.

이처럼 정교한 유전자편집 시스템은 이중 가닥 DNA 파손(double-strand DNA breaks)이나 기증자 DNA(donor DNA) 없이 염기에서 염기로의 전환과 작은 삽입 및 삭제를 포함하는 다양한 표적 유전자교정 및 변이유발이 가능했지만 새로운 표적에 적용했을 때 효율이 높지 않다는 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 염색질을 조절하는 방법으로 proximal dead sgRNA(dsgRNA) 및 염색질 조절 펩티드 (CMP)를 사용해 프라임 편집기를 개선했다. 그 결과, 원하는 위치에서 다양한 유전자편집 및 교정이 효율적으로 일어나는 것을 확인했다.

연구책임자 김경미 교수는 “이번 연구를 통해 새로 개선된 프라임편집 방법이 유전자편집 기술을 이용한 기초연구와 다양한 유전자치료에도 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 소감을 밝혔다.

한편, 이번 연구결과는 의생명과학 유전체 연구 분야 상위 ５% 저명한 저널인 최신호에 ‘Targeted mutagenesis in mouse cells and embryos using an enhanced prime editor’라는 제목으로 게재됐다.