미래창조과학부(장관 최문기)와 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 IBS(기초과학연구원, 원장 직무대행 신희섭)의 유전체교정연구단(단장 김진수)이 RNA 유전자가위를 단백질 및 가이드 RNA의 형태로 인간 배아줄기세포에 전달함으로써 보다 정밀하면서도 효과적인 유전자 교정에 성공했다.

연구진은 플라스미드 DNA를 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.

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 유전자가위는 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.

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.