부처연구성과
표적유전자만 제거, '크리스퍼 유전자 가위' 정확성 입증
- 등록일2015-02-10
- 조회수5919
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성과명
표적유전자만 제거, '크리스퍼 유전자 가위' 정확성 입증
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연구자명
김진수, 김종일, 김석중
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연구기관
기초과학연구원 유전체교정연구단, 서울대 의대, ㈜툴젠
- 사업명
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지원기관
미래창조과학부
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보도자료발간일
2015-02-10
- 원문링크
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키워드
#크리스퍼 유전자 가위 #표적 유전자 #항암 세포치료제
- 첨부파일
150209_[특구](국제 2.10 새벽1시)[보도자료]IBS_크리스퍼_유전자...
핵심내용
표적 유전자만 정확히 잘라낸다
크리스퍼 유전자가위 정확성 높였다
- 유전질환 및 항암 세포치료제 개발에 활용 기대 -
□ 미래창조과학부(장관 최양희) 소속 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철)의 유전체교정연구단(단장 김진수)은 서울대 의대(김종일 교수), ㈜툴젠(연구소장 김석중 박사)과의 공동연구를 통해 유전체 교정 도구의 하나인 크리스퍼 유전자가위1, 2)가 인간세포 내에서 정확히 표적 유전자에만 작용할 수 있음을 입증하였다.
* 크리스퍼(CRISPR) 유전자가위: 인간 및 동식물 세포에서 특정 유전자의 염기서열 DNA를 절단하여 유전체 교정을 가능하게 하는 인공 제한효소. Cas9이라는 단백질과 가이드 RNA로 구성됨
o 연구진은 크리스퍼 유전자가위가 인체에서 정확히 작동하는지 여부를 자체 개발한 분석법(다이지놈 시퀀싱)을 활용하여 확인했다.
o 또한 크리스퍼 유전자가위를 구성하는 가이드 RNA의 말단에 구아닌 염기를 추가함으로서 유전자가위의 정확성을 높였다
o 이로써 보다 정교한 유전체 교정이 가능해졌으며, 유전질환 치료 및 항암 세포치료제 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
□ 크리스퍼 유전자가위는 줄기세포 및 체세포에서 유전병의 원인이 되는 돌연변이를 교정하거나 항암 세포치료제를 개발하는 도구가 될 것으로 큰 기대를 모으고 있다.
o 그러나 그동안 크리스퍼 유전자가위 활용시 원하는 유전자를 정확히 제거할 수 있는지를 측정할 방법이 없어 안전성에 대한 문제가 제기되어 왔다. 이는 크리스퍼 유전자가위가 표적 유전자의 염기서열과 유사한 비표적 염기서열에도 변이를 일으킬 가능성이 있다는 것을 의미한다.
□ 연구진은 인간의 DNA를 크리스퍼 유전자가위로 처리한 후 유전체 시퀀싱3)을 통해 크리스퍼 유전자가위에 의해 잘리는 표적 염기서열과 비표적 염기서열을 찾는 방법을 개발했다.
o 또한 크리스퍼 유전자가위를 구성하는 가이드 RNA의 말단에 구아닌 염기를 추가함으로서 인간 유전체에서 단 한군데에만 작용하는 정교한 유전자가위를 만드는데 성공했다.
□ 이번 연구 결과는 생명과학 및 화학 분야 세계 최고권위의 저널인 네이처 메소드(Nature Methods, IF 25.953)誌에 2월 10일(영국 현지시각 2.9. 16시) 발표되었다.
o 이 기술은 지난 1월 네이처 메소드誌가 선정한 ‘2015년 기대되는 중요 실험기법(2015 Methods to Watch)’ 8개 중 하나로 소개되어 주목을 끌었다.
*(논문제목) 다이지놈 시퀀싱: 인간 유전체에 존재하는 크리스퍼 유전자가위의 비표적 염기서열 분석 방법
(Digenome seq: Genome-wide profiling of CRISPR-Cas9 off-target effects in human cells
*(제1저자) 김대식 IBS 유전체교정 연구단 연수연구원(서울대 화학부 박사과정)
*(공동 제1저자) 배상수 IBS 유전체교정 연구단 연구위원(서울대 화학부 박사연구원)
*(교신저자) 김진수 IBS 유전체교정 연구단장(서울대 화학부 교수)
□ 김진수 IBS 유전체교정연구단장은“만약 크리스퍼 유전자가위가 의도하지 않은 DNA 염기서열을 자르게 되면 원하지 않는 돌연변이를 유발할 수 있다”고 밝히며 “크리스퍼 유전자가위의 안전성을 확인할 수 있어 유전자치료제, 세포치료제 개발에 큰 진전이 있을 것”이라며 이번 연구 성과의 의미를 강조했다.
상세내용
연 구 결 과 개 요
Digenome-seq: Genome-wide Profiling of CRISPR-Cas9 Off-target Effects in Human Cells
Daesik Kim, SangsuBae, Jeongbin Park, Eunji Kim, Seokjoong Kim, Hye Ryeong Yu, Jinha Hwang, Jong-Il Kim, and Jin-Soo Kim
(Nature methods)
RNA 유전자가위는 인간 세포를 비롯한 다양한 동식물의 유전체 교정에 사용되어 왔지만, 인간 DNA 전체에 대한 정확성을 측정할 수 있는 방법이 없었다. 연구팀은 인간 DNA를 크리스퍼 유전자 가위로 처리한 후 전유전체 시퀀싱을 통해 타깃 염기서열과 오프타깃 염기서열을 찾는 방법을 개발하였다. 이를 통해 크리스퍼 유전자가위의 오프타깃을 예측할 수 있는 Digenome-seq 방법을 개발하였다.
또한, 크리스퍼 유전자가위를 구성하는 가이드 RNA의 말단에 구아닌 염기를 추가함으로서 인간 유전체에서 단 한군데에만 작용하는 정교한 유전자가위를 만드는데 성공하였다. 이 실험결과를 통해 크리스퍼 유전자가위가 기존에 알려진 것과는 달리 매우 정교하다는 사실을 보고하였다.
연 구 결 과 문 답
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이번 성과 뭐가 다른가 |
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크리스퍼 유전자가위의 표적 염기서열과 오작동으로 생기는 비표적 염기서열을 인간 DNA 전체에서 측정할 수 있는 Digenome-seq 방법을 개발하였으며, 이를 이용해 유전자가위를 구성하는 가이드 RNA의 말단에 구아닌 염기를 추가함으로써 더욱 정교한 크리스퍼 유전자가위를 만드는데 성공하였다. |
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어디에 쓸 수 있나 |
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오작동 가능성이 거의 없는 유전자가위 개발을 통해 향후 유전질환 치료 및 항암 세포치료제 개발에 활용 가능하다. |
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실용화까지 필요한 시간은 |
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크리스퍼 유전자가위의 정확성을 측정하는 Digenome-seq 방법은 누구나 바로 사용 가능하다. 이를 이용한 유전자치료제 개발에는 막대한 비용과 5-10년의 연구개발 기간이 필요하다. |
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실용화를 위한 과제는 |
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크리스퍼 유전자가위는 2013년 3월 국내 생명공학회사 ㈜툴젠에 의해 세계 최초로 사업화 되어 전 세계 실험실에서 널리 사용되고 있다. 다만 이를 이용한 치료제 개발에는 오랜 시간이 필요하다. |
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연구를 시작한 계기는 |
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지난해에 여러 연구진들이 Nature Biotechnology 등 학술지에 크리스퍼 유전자가위가 오작동을 일으킨다고 보고 하였다. 이를 규명하는 것이 유전체 교정 분야의 가장 중요한 과제로 떠올라 연구에 착수하게 되었다. |
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에피소드가 있다면 |
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유전체 시퀀싱을 하기 전에 크리스퍼 유전자가위로 DNA를 자르면 어떤 결과가 나올까하는 호기심에서 시작하여 좋은 결과를 얻을 수 있었다. |
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꼭 이루고 싶은 목표는 |
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크리스퍼 유전자가위를 이용한 유전체 교정은 의생명과학자들이 예전에 하고 싶었지만 못했던 많은 연구들을 실현가능하게 해주고 있다. 앞으로 인간의 유전질환 및 암 치료에 이 기술이 널리 활용되도록 기여하고 싶다. |
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신진연구자를 위한 한마디 |
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생명체는 보물섬이다. 제한효소, RNAi, PCR, 항체, 그리고 크리스퍼 유전자가위 등. 이를 하나 발견할 때마다 새로운 분야가 열리면서 세상이 바뀌고 수많은 일자리와 막대한 부가가치가 발생한다. 보물섬에 가야 보물을 찾을 수 있지 않겠나? |
...................(계속)
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