바이오인

핵심내용

특정 유전자 발현 억제하는 RNA 간섭 효율 증가
- 유전자 질병 치료를 위한 기반 기술로 활용 기대 -

□ 국내 연구팀이 유전자 이상에 의한 질병 치료에 적용할 수 있도록 고효율 유전자 발현 조절 플랫폼을 개발했다. 박노경 교수(명지대학교) 연구팀이 특정 유전자의 발현을 억제하는 나노반응체 합성 기술을 개발했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.

□ 치료가 어려운 암, 파킨슨병 등의 질병을 유전자 단계에서 치료하려는 연구가 활발하다. 그 중 RNA 간섭은 짧은 길이의 RNA가 자신과 상보적인 RNA에 결합하여 잘못된 단백질을 생성하지 못하도록 방해하는 방법이다. 그러나 이때 활용되는 작은 간섭 RNA는 불안정하고 세포 내부로 주입되기 쉽지 않아 효율이 낮은 한계점이 있다.

□ 연구팀은 마치 초소형 공장과 같이 생체 내에서 작은 간섭 RNA를 생산하는 나노반응체를 개발했다. 그 결과 작은 간섭 RNA의 생성이 8배 이상 증가되었고, 작은 간섭 RNA가 표적으로 삼은 단백질의  생성을 억제하는 효과는 5배 이상 증가되었다.

 ㅇ 개발된 나노반응체는 DNA 수화젤에 플라스미드 DNA가 연결된 형태이다. RNA나 플라스미드 DNA 상태로 주입하는 것에 비해 세포 내로 전달이 용이하고, 작은 간섭 RNA 생성이 효율적이다.

□ 박노경 교수는 “생체 내에서 RNA나 단백질 등을 자유자제로 생산할 수 있게 될 것”이라며, “플라스미드 DNA에 삽입되는 유전자의 종류를 바꿈으로서 바이오·의학 분야에 다양하게 적용될 수 있을 것이다”라고 연구 의의를 설명했다.

□ 이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구), 한국에너지기술평가원 에너지인력양성사업의 지원으로 수행되었다. 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 10월 18일 게재되었다.

상세내용

■ 주요내용 설명

□ 논문명, 저자정보

논문명
A RNA producing DNA hydrogel as a platform for a high performance RNA interference system

저  자
박노경 교수(교신저자, 명지대학교), 송재중 박사(제1저자, 포항공과대학교), 이민혁(제1저자, 명지대학교), 김태영(명지대학교), 나정경 박사(포항공과대학교), 정예빈(포항공과대학교), 정규열 교수(포항공과대학교), 김성지 교수(포항공과대학교)

□ 연구의 주요내용
 1. 연구의 필요성
  ○ 암에 대해 큰 효과를 보지 못하고 있는 기존 방법의 대안 치료법으로 나온 것이 바로 유전자 치료이다. 유전자에 문제가 있기 때문에 생겨나는 것이 암세포이기 때문에 이것을 유전자 단계부터 치료하는 개념이다. 이런 근본적인 단계로부터의 유전자 치료 연구 방향 중에 하나로서 RNA 간섭 (RNA interference)은 근래 가장 효과적인 방법으로 많은 연구가 진행되는 분야이다.
  ○ RNA 간섭이란, 잘못된 단백질을 생성하게 되는 RNA를 짧은 간섭 RNA (small interference RNA)를 이용하여 제거하는 방법으로 RNA단계에서 간섭하기 때문에 생명체의 근간 매뉴얼인 유전자 자체에 손상을 주는 것이 아니다. 하지만, 이러한 억제 작용은 대체로 일시적이고 RNA는 DNA에 비해 불안정하기 때문에 인위적으로 짧은 간섭 RNA를 만들어 세포 내부로 전달하는 것이 쉽지 않다는 단점이 있다.
  ○ 이러한 RNA 간섭의 한계점을 극복하기 위해서 RNA 보다 더 안정한 플라스미드 DNA 상태로 나노 수준 크기의 DNA 수화젤에 연결시킴으로서 표적 세포 내로 전달을 용이하게 하고 세포 내에서 작은 간섭 RNA를 효율적으로 전사하는 시스템을 확인하고자 하였다.

 2. 연구내용
  ○ RNA 간섭 정도를 검증하기 위해 비교적 형광을 통한 정성 및 정량 분석이 쉬운 녹색 형광 단백질(GFP, green fluorescence protein)을 만들어내는 유전자를 표적으로 삼았다.
  ○ 나노반응체의 검증을 위해 RT-qPCR (real time quantitative polymerase chain reaction)을 이용하였다. 이것은 만들어진 RNA 서열을 증폭이 용이한 DNA로 역전사한 뒤에 PCR 반응을 통해 수백 만에서 수십 억 배 증폭하여 정량하는 방법인데 이것을 이용하면 분석 용액 상에 단 한 가닥의 RNA만 존재하더라도 정량적으로 검출 할 수 있다. 이 분석 방법을 통해 나노반응체에서 만들어진 짧은 간섭 RNA가 일반적인 플라스미드보다 더 많이 만들어지는 것을 확인하였고 GFP mRNA를 더 많이 억제한다는 것을 확인하였다.
  ○ 살아 있는 세포 수준에서도 나노반응체의 높은 RNA 간섭 효과를 확인하기 위해, GFP를 생산할 수 있는 유전자를 가지는 포유류 세포 (MDCK cell)에 나노반응체를 처리하고 다른 다양한 대조군들과 비교하였다. 형광을 이용한 다양한 분석 방법들 외에도 세포 내부에서 발현하는 RNA를 추출하여 RT-qPCR을 통해 정량 분석하였다. 데이터를 분석한 결과, 다양한 대조군에 비해 효과적인 RNA 간섭 효과를 확인할 수 있었다.

 3. 연구성과/기대효과
  ○ 작은 간섭 RNA를 생산 가능한 유전자를 가진 플라스미드를 DNA 수화젤에 접목시켜 높은 효율을 가지고 긴 시간 안정적으로 간섭 RNA를 만들 수 있는 DNA 수화젤 합성과 동시에 여러 분석을 통해 더 높은 RNA 간섭 효과를 나타냄을 확인하였다.
  ○ 합성한 나노 수준 크기의 나노반응체는 세포 안으로 잘 들어가는 점과, 적용하고자 하는 주변 환경에서 만날 수 있는 DNA 분해 효소 조건에서도 플라스미드의 손상을 일정 이상 방지할 수 있음을 통해, 기존 방법들에 비해 넣어주고자 하는 세포로의 유전자 전달과정에 이점을 갖고 있을 것이라 생각된다. 또한 더 많은 연구의 진행을 통해 생체 내 질병을 유발하는 다양한 유전자로의 적용이 가능할 것이다.
  ○ 이번에 보고한 GFP RNA 간섭 작용에서 한걸음 더 나아가 다양한 표적 유전자들의 간섭 연구들을 통하여 I-gel의 생체 내의 실제 질병 유전자로의 적용이 가능할 것이며, 단백질 발현 시스템에서는 필요한 유전자를 도입을 통해 보다 효율적이고 높은 단백질 발현 연구가 가능할 것이다. 결론적으로 유전자 내포 DNA수화젤의 가치는 다양한 방면에서 점차 높아질 것으로 기대한다.

...................(계속)

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