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BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 18-38
CRISPR-Cas9으로 유도된 유전적 흔적을 이용해  세포 유형과 기원을 추적하는 방법 개발

◇ 독일 연구팀은 CRISPR-Cas9 유전자가위를 이용하여 바코드처럼 작용할 수 있는 유전적 흔적(genetic scar)을 남겨 각 세포의 계통과 유형을 분석할 수 있는 LINNAEUS 기술을 개발. 이를 통해 세포의 발생·분화 과정 뿐 만 아니라 병든 세포(암세포 등)의 기원이 되는 세포 유형 추적에도 활용 가능하여  병변 세포의 제거 및 치유에 이용 가능 

    ▸주요 출처 : ScienceDaily, Tracing the origin of each cell in a zebrafish, 2018.4.19.; The Max Delbrück Center for Molecular Medicine(MDC), Developmental scars, 2018.4.9

■ 세포 유형간의 계통(lineage) 관계를 측정하는 것은 생명체의 발달과 질병에서 세포분화의 기본 메카니즘을 이해하는데 중요

 ○ 발달생물학의 핵심목표는 어떻게 단일세포가 여러 종류의 세포 유형으로 분화되어 성체(완전 성장한 생명체)로 변형되는지를 이해하는 것
  - 발생초기 및 세포의 지속적인 변형이 많은 성체시기에는 단일세포 RNA sequencing으로 전사체(tranome) 유사성을 통해 일시적으로 궤도를 추적하여 세포 계통도를 유추 가능
  - 그러나 이 접근법만으로는 성체세포의 발달기원을 추적할 수 없어 계통 추적을 위한 몇 가지 방법*이 존재하나, 이러한 방법들은 단일세포 전사체 서열분석이 아니므로 세포유형에 대한 정보는 제공하지 않음
     * 단백질 마커에 형광물질을 부착,  바이러스에 바코드를 붙이거나 트랜스포존 삽입 부위를 이용하는 방법 등

■ CRISPR-Cas9 유전자가위를 이용하여 생물체의 모든 세포 유형과 기원을 추적할 수 있는 기술을 개발

 ○ 독일 Max Delbrück Center for Molecular Medicine in the Helmholtz Association(MDC)의 Jan Philipp Junker 박사 연구팀은 CRISPER-Cas9 유전자가위를 이용하여 생물체를 구성하는 세포의 계통과 유형을 동시에 식별할 수 있는 할 수 있는 LINNAEUS* 기술을 개발
     * Lineage tracing by nuclease-activated editing of ubiquitous sequences
  - 연구팀은 CRISPER-Cas9 유전자가위 성질 중 일부를 이용하여 유전적 흔적(genetic scar)을 남겨 단일세포 전사체(scRNA) 시퀀싱을 통해 추적할 수 있는 바코드와 같은 역할을 부여
    ※ Cas9은 수선하고자 하는 대상 유전자의 동종재조합(homologous recombination)  template DNA가 없으면 이 부위에 짧은 DNA 조각을 삽입하거나 제거하는 성질이 있음. 이 부위에 원래 genome과는 다른 DNA 조각이 삽입하거나 제거되어 원래 genome과는 다른 흔적을 유전적 흔적(genetic scar)이 남게 됨
  - 제브라피쉬의 발생 초기시점(한 개 세포로 존재하는 배아상태 세포)에 Cas9 단백질과 RFP scRNA를 도입한 후 RFP(형광물질) 흔적을 추적
    ※ 이 흔적이 정상적인 발달과정을 방해하지 않도록 기존에 수립된 제브라피쉬 라인(zebrabow M, 16∼32개의 RFP 유전자가 독립적으로 통합되어 정상적으로 발달)에 있는 RFP trasngene를 타겟으로 연구

< CRISPR/Cas9로 유도된 유전적 흔적 생성 확인 >

출처 : ScienceDaily, Tracing the origin of each cell in a zebrafish, 2018.4.19.

 ○ LINNAEUS는 서로 다른 조건에서 새로운 세포 유형 또는 알려진 세포 유형의 기원을 추적하는 체계적인 접근법을 제공
  - CRISPR-Cas9로 생성되는 바코드에 대한 컴퓨터 분석과 단일세포 RNA 시퀀싱을 결합하여 제브라피쉬 유충과 성체의 심장, 간, 췌장 및 종뇌에서의 발달 계보도(lineage tree) 재구성 가능
    ※ 배아세포에서부터 분화되어 성체가 될 때까지 순차적으로 일어나는 세포 유형의 변화 추적이 가능하고 이로부터 발생하는 각종 장기들의 기원세포를 알 수 있게 하는 기술로 생명의 근원을 밝히는데 중요한 단서를 제공하게 될 획기적인 기술

 ○ 이 기술은 정상세포의 발생·분화 과정 뿐 만 아니라 병든 세포(예, 암세포)의 기원이 되는 세포 유형 추적에도 사용
  - 질병원인이 되는 유전자 변화 추적을 용이하게 하여 병변세포의 제거 또는 치유에도 사용될 가능성 보유
    ※ 연구결과는 Nature biotechnology지에 ‘Simultaneous lineage tracing and cell-type identification using CRISPR–Cas9-induced genetic scars’라는 제목으로 발표(2018.4.9)