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유전자가위(engineered nuclease)는 특정 염기서열(DNA 표적 자리)을 인식해 절단하거나 교정하도록 고안된 인공 제한효소로, 인간세포를 포함한 모든 동식물 세포에서 특정 유전자를 절단해 변이를 일으키거나 교정하여 다양한 질병을 치료하는데 사용되는 신기술입니다.

유전자가위 기술은 유전자의 염기서열을 교정하거나 뒤집어진 유전자를 원상 복구할 수도 있습니다.

서울대 김진수 교수가 주도적으로 개발·보급한 이 기술은 지난해 세계 최고 권위의 '네이처'지 자매지인 'Nature Methods (IF=20.7)'에서 '올해의 기술(Method of the Year 2011)'로 선정된 바 있습니다.

지금까지 유전자가위 기술은 이중나선 DNA 두 가닥을 모두 잘라내 독성을 일으키거나, 표적하지 않은 곳에서도 작동하여 원치 않는 돌연변이를 발생시키는 등의 문제점이 있었습니다.
 
이에 최근 미국 하버드대 의대 연구팀과 생명공학 회사가 각각 DNA 한 가닥만을 자르는 유전자가위 기술 개발에 성공했다고 발표하기도 했습니다.

그러나 이들은 유전자가위 기술로 표적 장소에만 변이를 일으키는지 여부를 확인하지 못하는 등 그 정확성을 입증하지 못했습니다.

서울대 김진수 교수팀은 DNA 두 가닥 중 한 가닥만을 자르는 유전자 가위 기술을 개발해 세포 독성이나 돌연변이를 유발하는 부작용 없이 원하는 장소에만 변이를 일으키는데 성공하였습니다.

김 교수팀의 유전자가위 기술은 DNA 한 가닥만 자른 후 어떠한 부작용 없이 표적 장소에서만 유전자를 교정하는 첫 사례입니다.

이는 유전자와 줄기세포 치료의 정확성을 높이는데 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

김 교수팀은 기존의 유전자가위 기술과 마찬가지로 외부에서 넣은 유사 DNA를 이용해 유전자를 정교하게 교정할 수 있으면서도 표적 장소 외에는 변이를 일으키지 않는다는 사실을 처음으로 확인했습니다. 

향후 이 기술을 통해 유전자 또는 줄기세포 치료뿐만 아니라 에이즈나 혈우병과 같은 난치성 질환을 원천적으로 치료하는데도 활용될 수 있을 전망입니다.

이번 연구결과는 유전체 분야의 권위 있는 학술지인 '지놈 리서치(Genome Research, IF=13.588)'지에 온라인 속보(4월 21일)로 게재되었습다. 
(논문명 : Precision genome engineering with programmable DNA-nicking enzymes)

한편 김 교수팀은 지난해 1월 세포 내에 존재하는 유전자의 특정 위치를 선별해 절단하는 유전자가위 대량 합성기술 개발에 성공하였고(Nature Methods지, 2011년 1월호), 11월에는 유전자가위 기술을 이용해 특정 유전자에 돌연변이를 일으킨 동·식물 세포를 쉽게 선별하는 방법을 개발하기도 했습니다.(Nature Methods지, 2011년 11월호).

또 최근에는 뒤집어진 혈우병 유전자를 다시 뒤집어서 원상 복구하는 기술을 개발한 바 있습니다(Genome Research지, 2011. 12. 19). 

왼쪽그림: 기존에 사용되고 있는 DNA 두 가닥을 자르는 유전자 가위인 Zinc finger nuclease로 세포내 DNA 손상을 유도할 경우, NHEJ 수리 기작을 이용하여 표적자리에 돌연변이를 도입하거나 혹은 외부에서 도입한 유사 염기서열 DNA를 주형으로 하여 HR 방법에 의해 손상된 DNA를 교정한다. DNA 두 가닥을 자를 경우 세포내 수리 기작 중 HR보다 NHEJ가 더 우세하게 작용하므로, NHEJ에 의한 오류를 제어할 수 없는 단점이 있다.

오른쪽그림: 본 연구에서 개발한 유전자 가위인 Zinc finger nickase를 세포에 도입할 경우 DNA 한 가닥만을 자르는 것이 확인되었고, 외부에서 도입한 유사 염기서열 DNA를 주형으로 하여 HR에 의한 교정을 유도함은 물론, 잘린 DNA 말단의 거의 대부분이 오류 없이 다시 연결되는 것을 확인했다. 이 방법을 통해 NHEJ에 의한 오류를 제어함으로써 기존 방법의 부작용을 줄일 수 있음을 보였다.



<연 구 개 요>

Precision genome engineering with programmable DNA-nicking enzymes

 
유전자가위(engineered nuclease) 기술은 DNA의 표적자리를 인식하여 유전자 염기서열을 교정할 수 있는 방법으로, 다양한 질병치료에 사용될 수 있는 도구로 주목받고 있다.
기존의 유전자가위는 이중나선 DNA의 두 가닥을 동시에 절단하는데, 세포는 Non-Homologous End Joining (NHEJ) 방법을 이용하여 자른 부위를 다시 연결하거나, 혹은 외부에서 넣어준 유사 DNA를 주형으로 하여 Homologous recombination (HR) 방법을 이용해 복구하기도 한다.
NHEJ는 변이를 수반하고 HR은 오류 없이 정확히 수선되는 것으로 알려져 있다.
기존의 유전자가위는 NHEJ에 의한 오류를 제어할 수 없으며, 더욱이 표적자리뿐만이 아니라 표적하지 않는 자리에도 작동하는 단점이 보고됨에 따라 질병치료의 도구로서 걸림돌이 되고 있다.
본 연구에서는 DNA의 두 가닥을 자르는 현재 기술을 대신하여 DNA 한 가닥만을 자르는 새로운 유전자가위(engineered nickase)를 개발하였다.
engineered nickase는 기존 유전자가위와 마찬가지로 외부에서 넣어준 유사 DNA를 이용하여 유전자를 정교하게 교정할 수 있는 반면 표적장소에서 원치 않는 변이를 만들지는 않았다.
또한 기존 유전자가위는 표적하지 않는 자리에서도 변이를 유도하는 반면 engineered nickase는 표적장소 이외에는 변이를 유도하지 않았다.
본 연구를 통해 개발된 DNA 한 가닥만을 자르는 유전자가위는 기존 두 가닥을 자르는 유전자가위 기술의 한계를 극복했다는 점에서 큰 의의가 있다.
개발된 유전자가위를 이용하여 표적자리에 오류를 일으키지 않고 유전자를 정교하게 교정할 수 있고, 표적하지 않는 자리에 작동하는 부작용을 최소화하여 이를 통해 다양한 질병치료에 더욱 효과적으로 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

 

 용  어  설  명


Non-Homologous End Joining (NHEJ) :
세포내 두 가닥 이중나선 DNA 손상이 발생할 때 교정할 수 있는 메커니즘의 하나로, 잘려진 DNA 가닥이 유사염기서열을 이용하지 않고 잘린 말단을 바로 연결하거나 변이를 수반하여 교정하는 수리 기작이다.

Homologous recombination (HR):
세포 내 두 가닥  이중나선 DNA 손상이 발생할 때 오류 없이 교정할 수 있는 메커니즘의 하나로, NHEJ와는 달리 유사한 염기서열을 주형으로 하여 DNA 말단이 연결되는 세포내 수리 기작이다.

DNA(deoxyribonucleid acid) :
유전정보를 담은 화학물질로 두 가닥의 사슬이 서로 꼬여 있는 이중나선 모양임


<김진수 교수>

1. 인적사항

 ○ 소 속 : 서울대학교 화학부
 
2. 학력
  1983 - 1987    서울대학교 이학사
  1987 - 1989    서울대학교 이학석사
  1990 - 1994    University of Wisconsin-Madison, Ph.D.
 
3. 경력사항
  1994 - 1997  美 MIT/Howard Hughes Medical Institute, Associate
  1997 - 1999 삼성생명과학연구소, 연구책임자
  1999 - 2005   (주)툴젠 대표이사/연구소장
  2005 - 현재     서울대학교 화학부 조교수/부교수
  2010 - 현재     교과부?연구재단 지정 창의연구단장

4. 전문 분야 정보

수상실적
- 서울대 자연과학대학 연구상 (2010)
- 교육과학기술부/과학재단 이달의 과학자상 (2004)
- Best Poster Award, Drug Discovery Technology (2001)

대표 연구논문
1) Kim E et al. and Kim JS (2012) Precision genome engineering with programmble DNA-nicking enzymes. Genome Research, in press.
2) Kim HJ, Kweon J. et al. and Kim JS (2012) Targeted chromosomal duplications and inversions in the human genome using zinc finger nucleases. Genome Research 22, 539-548. (Featured in News of the Week, Chemical & Engineering News 90, 11.)
3) Kim H et al. and Kim JS (2011) Surrogate reporters for enrichment of cells with nuclease-induced mutations. Nature Methods 8, 941-943. (Featured in News of the Week, Chemical & Engineering News 89, 11.)
4) Kim S et al. and Kim JS (2011) Preassembled zinc-finger arrays for rapid construction of ZFNs. Nature Methods 8, 7. (Featured in News and Views, Nature Methods 8, 53.)
5) Kim JS, Lee HJ, Carroll D (2010) Genome editing with modularly assembled zinc finger nucleases. Nature Methods 7, 91.
6) Lee HJ, Kim E and Kim JS (2010) Site-specific DNA excision via engineered zinc finger nucleases. Trends Biotechnol. 28, 445-446.
7) Lee HJ, Kim E and Kim JS (2010) Targeted chromosomal deletions in human cells using zinc finger nucleases. Genome Res. 20, 81-89.
8) Kim HJ, Lee HJ, Kim H, Cho SW and Kim JS (2009) Targeted genome editing with zinc finger nucleases constructed via modular assembly. Genome Res. 19, 1279-1288.
9) Bae, KH et al. and Kim JS (2003) Human zinc fingers as building blocks in the construction of artificial transcription factors. Nature Biotechnol. 21, 275-280. (Featured in News and Views, Nature Biotechnol. 21, 242.)
10) Park, KS et al. and Kim JS (2003) Phenotypic alteration of eukaryotic cells using randomized libraries of artificial transcription factors. Nature Biotechnol. 21, 1208-1214.

<김은지 박사>

1. 인적사항

○ 소 속: 서울대학교 화학부                       

2. 학력
  2001 - 2006    세종대학교 이학사
  2006 - 2011    서울대학교 이학박사
 
3. 경력사항
  2011~현재     서울대학교 Post-doc.

4. 전문 분야 정보
수상실적
- 롯데 장학생, 롯데 장학재단 (2002)
- 수인장학생, 수인 장학재단 (2007)

논문실적

1) Kim E et al. and Kim JS (2012) Precision genome engineering with programmble DNA-nicking enzymes. Genome Research, in press.
2) Lee, H.J., Kweon, J.,Kim, E.,Kim, S., Kim, J.-S. (2012) Targeted chromosomal duplications and inversions in the human genome using zinc finger nucleases .Genome Res. 22,539-548.
3) Kim, S., Kim, E.J. and Kim, J.-S. (2010) Construction of combinatorial libraries that encode zinc finger-based transcription factors. Methods Mol Biol. 649,133-147.
4) Lee, H.J., Kim, E., and Kim, J.-S. (2010) Site-specific DNA excision via engineered zinc finger nucleases. Trends Biotechnol. 28,445-446
5) Kim, S., Lee, H.J., Kim, E., and Kim, J.-S. (2010) Analysis of Targeted Chromosomal Deletions Induced by Zinc Finger Nucleases. Cold Spring Harb Protoc. pdb.prot5477
6) Lee, H.J.*, Kim, E.*, and Kim, J.-S. (2010) Targeted chromosomal deletions in human cells using zinc finger nucleases. Genome Res. 20, 81-89. (*: equal contribution)

 

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서울대 김진수 교수가 개발한 '유전자가위 기술'이 세계 최고 과학전문지 '네이처'의 자매지인 'Nature Methods'로부터 '올해의 기술(Method of the Year 2011)'에 선정됐습니다.

'Nature Methods'는 네이처 출판그룹(NPG)에서 발행하는 생명과학과 화학 분야 최고 권위의 학술지(IF=20.7)로, 매년 한 해 동안 전 세계에서 개발된 실험방법과 기술 중에서 가장 혁신적이고 중요한 것을 선정하여 '올해의 기술'로 소개하고 있습니다.
 
 2011년 'Nature Methods'에 게재된 유전자가위 기술 논문은 총 7편으로, 그 중 서울대 김진수 교수팀이 2편의 논문을 발표했습니다.

유전자가위(zinc finger nuclease, ZFN)는 특정 염기서열을 인식해 절단하도록 고안된 인공 제한효소로, 인간세포를 포함한 모든 동식물세포에서 특정 유전자를 절단해 돌연변이를 일으키거나 교정하는데 사용되는 도구로 최근 생명과학자들 사이에서 주목 받고 있는 신기술입니다.

김진수 교수는 지난 1월 세포 내에 존재하는 유전자의 특정 위치를 선별해 절단하는 유전자가위 대량 합성기술 개발에 성공하였고(Nature Methods, 2011. 1월호), 10월에는 유전자가위를 이용해 특정 유전자에 돌연변이를 일으킨 동식물 세포를 쉽게 선별하는 방법을 개발했습니다(Nature Methods, 2011. 10. 9).

또 최근에는 뒤집어진 혈우병 유전자를 다시 뒤집어서 원상 복구하는 기술을 개발한 바 있다(Genome Research, 2011. 12. 19). 

<관련 글 : 뒤집어진 유전자 원상복구 http://daedeokvalley.tistory.com/262>

<김진수 교수 약력>

1. 인적사항
 ○ 소 속 : 서울대학교 화학부
 
2. 학력
  1983 - 1987    서울대학교 이학사
  1987 - 1989    서울대학교 이학석사
  1990 - 1994    University of Wisconsin-Madison, Ph.D.
 
3. 경력사항
  1994 - 1997  美 MIT/Howard Hughes Medical Institute, Associate
  1997 - 1999 삼성생명과학연구소, 연구책임자
  1999 - 2005   (주)툴젠 대표이사/연구소장
  2005 - 현재     서울대학교 화학부 조교수/부교수
  2010 - 현재     교과부?연구재단 지정 창의연구단장

4. 전문 분야 정보

수상실적
- 서울대 자연과학 연구상 (2010)
- 교육과학기술부/과학재단 이달의 과학자상 (2004)
- Best Poster Award, Drug Discovery Technology (2001)

<대표 연구논문>
 
1) Kim HJ, Kweon J. et al. and Kim JS (2011) Targeted Chromosomal Duplications and Inversions in the Human Genome Using Zinc Finger Nucleases. Genome Research, in press.
2) Kim H et al. and Kim JS (2011) Surrogate reporters for enrichment of cells with nuclease-induced mutations. Nature Methods 8, 941-943. (Featured in News of the Week, Chemical & Engineering News 89, 11.)
3) Kim S et al. and Kim JS (2011) Preassembled zinc-finger arrays for rapid construction of ZFNs. Nature Methods 8, 7. (Featured in News and Views, Nature Methods 8, 53.)
4)Kim JS, Lee HJ, Carroll D (2010) Genome editing with modularly assembled zinc finger nucleases. Nature Methods 7, 91.
5) Lee HJ, Kim E and Kim JS (2010) Site-specific DNA excision via engineered zinc finger nucleases. Trends Biotechnol. 28, 445-446.
6) Lee HJ, Kim E and Kim JS (2010) Targeted chromosomal deletions in human cells using zinc finger nucleases. Genome Res. 20, 81-89.
7) Kim HJ, Lee HJ, Kim H, Cho SW and Kim JS (2009) Targeted genome editing with zinc finger nucleases constructed via modular assembly. Genome Res. 19, 1279-1288.
8) Bae, KH et al. and Kim JS (2003) Human zinc fingers as building blocks in the construction of artificial transcription factors. Nature Biotechnol. 21, 275-280. (Featured in News and Views, Nature Biotechnol. 21, 242.)
9) Park, KS et al. and Kim JS (2003) Phenotypic alteration of eukaryotic cells using randomized libraries of artificial transcription factors. Nature Biotechnol. 21, 1208-1214.


<참 고 자 료>
[참고자료 - Nature Methods, 2011. 1월호]

유전자가위 대량 생산기술 개발
- 인간 유전자 2만여 개에 대한 유전자가위 맞춤 제작 가능할 듯 -

□ 연구자 : 김진수 교수 (화학부 유전체공학 창의연구단)

□ 공동 연구자 : 김석중 박사 외 2명

□ 내용 및 의의 :


○ 유전자가위 대량생산 기술의 개발

-유전자가위 기술은 세포 안에 존재하는 유전자를 대상으로 특정 위치만을 인식·절단함으로써 유전자를 교정하거나 제거하는 획기적인 생명공학 신기술임. -하지만 유전자가위를 만드는 과정이 매우 까다롭고 오랜 기간을 요구하여 널리 활용되는데 제약이 있었음. -이번 연구를 통해 개발된 유전자가위 대량생산 기술을 통해 이러한 문제점에 대한 해결책을 제시함.

○ 유전자가위 기술의 다양한 생명공학 및 관련분야에 응용에 큰 도움
-유전자가위 기술의 다양한 생명공학 및 산업분야에 있어서의 효용에 비해 접근성 및 긴 개발 기간의 제약으로 널리 사용 되어오지 못하고 있었음. -이번에 개발된 기술을 이용해 인간 유전자 2 만여 개, 각종 동물, 식물에 존재하는 수만 개의 유전자 각각에 대한 맞춤 유전자가위를 손쉽고 빠르게 만들 수 있게 되었음. -유전자가위는 유전자 및 세포치료제 개발, 농작물, 가축, 어류의 개량 등 다양한 생명공학 분야에 활용될 수 있음.

○ 유전자가위 대량생산 연구결과는 네이처 메쏘드(Nature Methods) 1월호에 게재되었음.

[참고자료 - Nature Methods, 2011. 10. 9]

돌연변이 세포 선별법 개발

□ 연구자 : 김진수 교수 (화학부 유전체공학 창의연구단)

□ 공동 연구자 : 김형범 교수 (한양대학교 의생명공학전문대학원)


□ 내  용 :

   국내 연구진이 유전자가위를 이용해 특정 유전자에 돌연변이를 일으킨 동식물 세포를 손쉽게 선별하는 방법을 세계 최초로 개발했다. 유전자가위는 줄기세포를 비롯한 동식물 세포에 맞춤형 돌연변이를 도입하는데 사용되는 인공 DNA절단효소로서 생명공학의 새로운 도구로 주목 받고 있으나 유전자가위를 사용해 만든 돌연변이 세포와 정상 세포를 구별할 수 없기 때문에 폭 넓은 활용에 제약이 있었다. 서울대 화학부 김진수 교수팀과 한양대 김형범 교수팀은 형광단백질 유전자를 리포터로 활용해서 세포 내 정해진 유전자에 돌연변이가 일어난 세포들을 선별해 내는 방법을 개발했다. 즉 돌연변이를 도입하여 형광단백질이 발현하지 않도록 고안된 대리 유전자와 유전자가위를 동시에 세포에 도입하면 일부 세포에서 유전자가위의 작용으로 돌연변이가 고쳐져서 형광단백질이 발현되는데 이들 세포를 분리하면 세포 내 유전자에도 높은 효율로 돌연변이가 도입되어 있음을 확인하였다(참고사항 그림 참조). 김진수 교수에 의하면 이 방법은 유전자가위를 이용한 유전자치료의 효율을 획기적으로 개선할 수 있으며 줄기세포를 비롯한 모든 동식물 세포에 맞춤형 돌연변이를 도입할 수 있다고 한다. 이 연구결과는 생명공학 분야의 권위 있는 학술지 Nature Methods(저널 임팩트 팩터, 20.7)에 게재되었다.
   유전자가위 기술은 세포 안에 존재하는 유전자를 대상으로 특정 위치만을 인식해 절단함으로써 유전자를 교정하거나 제거하는 새로운 방법으로, 시험관에서 DNA 단편을 조작하는 데 국한되는 기존 유전공학 기술의 단점과 제약을 획기적으로 보완, 극복하는 생명공학 신기술이다. 김형범 교수에 의하면 유전자가위 기술은 에이즈와 같은 바이러스 질환과 여러 유전질환에 활용할 수 있으며 특히 줄기세포를 이용한 세포치료제 개발에 크게 기여할 것이라고 한다.

□ 참고 사항

1. 돌연변이 선별법 개념도


 대리 유전자는 유전자 가위가 작용하기 전에는 적색 형광단백질(RFP)이 발현되고 유전자 가위가 작용한 경우에는 적색 형광단백질(RFP)과 녹색 형광단백질(GFP)이 함께 발현된다. 이 대리 유전자와 유전자가위를 동시에 세포에 전달한 후 적색, 녹색 두 종류의 형광 단백질이 둘 다 발현되는 세포들을 분리하면 세포 내 염색체 상의 특정 유전자(직사각형으로 표시)에도 돌연변이(검정색 점)가 도입되어 있는 맞춤형 돌연변이 세포들을 높은 효율로 선별할 수 있다.    
2. 왜 돌연변이를 일으키나?
  생물학자, 생명공학자, 의과학자들이 돌연변이를 일으키는 이유는 매우 다양하다.
첫째, 유전학자들은 모델 동식물에서 각각의 유전자 기능을 파악하기 위해 유전자를 망가트리고 그 결과를 관찰한다. 이때 유전자가위를 사용해서 특정 유전자에 돌연변이를 유도한다.
둘째, 생명공학자들은 병충해에 강하거나 고부가가치의 농작물, 가축, 어류, 화훼, 애완동물 등을 만들기 위해 특정 유전자에 돌연변이를 도입한다.
셋째, 의과학자들은 질병의 원인이 되는 유전자에 변이를 일으켜 그 질병을 치유하는 세포치료제를 개발하기 위해 유전자가위를 사용한다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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사람들의 유전체 염기서열을 서로 비교해 보면 어떤 사람은 다른 사람에 비해 특정 유전자의 일부가 뒤집어져 있기도 하고 삭제되어 있기도 하며, 중복되어 있기도 합니다.

이러한 변이를 '구조변이'라고 하는데, 이 구조변이는 여러 질병의 원인이 되기도 합니다.

암, 지중해빈혈증, 혈우병 등 다양한 질환이 특정 유전자의 일부가 뒤집어져 발생합니다.

특히 중증 혈우병 환자의 대다수는 8번 혈액응고인자 유전자의 일부가 뒤집어져 단백질이 제대로 만들어지지 않아 발생합니다.

□ 서울대 김진수 교수팀이 뒤집어진 혈우병 유전자를 다시 뒤집어 원상 복구하는 신기술을 개발했습니다.

김진수 교수팀은 인간 염색체의 일부가 뒤집어지기도 하고 중복되기도 하는 과정을 실험실에서 인위적으로 재현하는데 처음으로 성공했습니다.

김 교수팀은 유전자 염기서열을 맞춤 인식하여 절단하는 유전자가위 기술을 이용하여 인간배양세포에서 염색체 두 군데를 절단한 결과, 가운데 부분이 삭제되기도 하고 중복되기도 하며 때로는 뒤집어지기도 한다는 사실을 확인했습니다.

혈우병 유전자 교정. 혈액응고인자 유전자를 편의상 F8, 유, 전, 자, 네 부분으로 구성되었다고 가정하자. 중증 혈우병 환자 상당수는 이 유전자의 일부가 뒤집어져 있어 정상적인 혈액응고인자 단백질을 만들지 못해 혈우병이 발생한다. 유전자가위를 이용하면 뒤집어진 부위를 잘라내어 원상 복구 시킬 수 있다.


유전자가위 기술을 이용해 염색체의 일부를 뒤집을 수도 있고 뒤집어진 부분을 원상 복구할 수도 있다는 사실은 이번 연구를 통해 처음으로 밝혀진 것입니다.

김진수 교수팀은 올해 유전자가위 기술을 개발해 'Nature Methods'지에 논문을 2편 발표한 후, 그 후속 연구로 이번에는 이를 이용해 인간배양세포에서 유전체의 일부를 연구자가 원하는 대로 뒤집거나 삭제하거나 중복을 일으킬 수 있음을 증명했습니다.

유전자가위는 인간 세포를 포함해 모든 동물, 식물세포에서 특정 유전자를 절단해 돌연변이를 일으키는데 사용되는 생명공학의 새로운 도구입니다.

이번 연구에는 우리나라에서 독자적으로 제작된 유전자가위를 사용했습니다.

김진수 교수팀은 중증 혈우병 환자 다수에서 발견되는, 뒤집어진 유전자에 작용하는 유전자가위를 만들어 이를 인간배양세포에 도입한 결과 실제로 14만 개 염기쌍에 달하는 염기서열을 뒤집을 수 있음을 확인했습니다.

이 기술을 세포치료제로 개발하기 위해서는 환자 맞춤형 분화만능줄기세포를 만들고, 이에 유전자가위를 도입해 염색체를 복구시키는 후속 연구가 필요합니다.

환자 맞춤형 줄기세포 그 자체는 돌연변이를 그대로 가지고 있기 때문에 치료제로 바로 사용할 수 없습니다.

따라서 유전자가위를 이용한 유전체 교정이 반드시 수반되어야 합니다.

이번 연구결과는 생명과학 분야의 권위 있는 학술지 지놈 리서치(Genome Research)에 12월 19일자로 게재되었습니다. 
(논문명: Targeted Chromosomal Duplications and Inversions in the Human Genome Using Zinc Finger Nucleases)

 용  어  설  명

혈우병 :
혈우병은 X 염색체에 존재하는 혈액응고인자 8번 또는 9번 유전자에 돌연변이가 있을 때 발생하는 질병으로 혈우병 환자들은 내상이나 외상을 입었을 때 혈액이 응고되지 않아 치명적이다.
8번 인자에 변이가 있는 경우를 A형, 9번 인자에 변이가 있는 경우를 B형으로 구분하는데 A형은 대략 1만 명 당 한 명의 비율로 발생하고 B형은 4만 명 당 한 명의 비율로 발생한다.
여성은 X 염색체를 두 개 가지고 있고 남성은 한 개 가지고 있기 때문에 혈우병은 거의 항상 남성들에게만 발병한다.
현재 혈우병을 완치할 수 있는 방법은 없으며 환자는 혈액응고인자 단백질을 평생 투여 받아야 한다.
국내 혈우병 환자 숫자는 약 4000 명 정도로 추정되는데 이들 환자에 대한 진료비로 연간 수백억 원이 건강보험에서 지출된다.  
혈우병은 왕족 질병(royal disease)이라고도 한다. 그 이유는 유럽의 왕가에서 혈우병이 다수 발생했기 때문이다.
혈우병 유전자를 가지고 있는 역사상 최초 인물은 영국의 빅토리아 여왕으로 알려져 있는데 빅토리아 여왕의 아들, 손자들 다수가 혈우병으로 사망하였다.

유전자가위 :
유전자가위는 학술용어는 아니고 zinc finger nuclease(ZFN)를 의미한다.
ZFN은 특정 염기서열을 인식하여 절단을 일으키도록 고안된 인공 제한효소로서 인간세포를 포함한 모든 동물, 식물세포에서 연구자가 원하는 유전자에 맞춤형 돌연변이를 도입하는데 사용되는 생명공학 신기술이다. 김진수 교수팀이 이 기술 개발과 보급에 선도적인 역할을 하고 있다.




<연 구 개 요>

Targeted Chromosomal Duplications and Inversions in the Human Genome Using Zinc Finger Nucleases, Genome Research, in press.

  사람들 사이의 유전적 차이는 크게 단일염기다형성과 구조변이 두 종류로 구분할 수 있다.
단일염기다형성은 개인별로 한 개의 염기쌍이 다른 것을 말하고 구조변이는 최소 수백 개에서 수백만 개에 달하는 염기쌍이 서로 다른 경우를 말한다.
구조변이에는 결실, 중복, 역위, 전좌 등이 있다. 예를 들어 어떤 사람의 염색체가 ABCD 서열로 구성되어 있다면 다른 사람들의 염색체는 AD(BC의 결실), ACBD(BC가 뒤집어진 역위), ABCBCD(BC의 중복) 등의 구조변이가 있을 수 있다. 여기서 A, B, C, D 각각은 단일 염기쌍이 아니고 수백 개에서 수백만 개에 달하는 염기서열이다. 
  구조변이는 유전병은 물론이고 정신질환, 비만, 암 등 다양한 질병과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려지고 있다.
그러나 이번 논문 발표 이전에 특정 구조변이를 인위적으로 만들거나 이미 형성된 구조변이를 원상복구 시키는 방법은 전혀 없었다.
김진수 교수팀은 처음으로 유전자가위 기술을 이용해 이러한 구조변이를 일부러 만들 수도 있고 교정할 수 있음을 증명하였다.
즉 유전자가위 두 개를 만들어 염색체 두 곳을 절단하면 가운데 부분에 결실이 일어나기도 하고 중복, 역위가 일어나기도 한다.
김 교수팀은 이 방법을 이용해 혈우병 환자에서 흔히 발견되는 역위를 인위적으로 유도할 수도 있고 교정할 수도 있음을 증명하였다.

줄기세포와 유전자치료. 환자의 피부세포를 채취하여 역분화시키면 환자 유래 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell, iPS cell)이 만들어진다. 그러나 이 세포는 환자의 돌연변이를 그대로 가지고 있어 치료제로 활용하기 위해서는 유전자가위 기술을 이용한 유전자 교정이 반드시 필요하다.


  

posted by 글쓴이 과학이야기

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