바이오인

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 18-67
유전자편집기술로 효모 염색체 수 최소화

◇ 진핵생물의 염색체 수는 1개에서 수백개까지 매우 다양하며 그 수는 생물의 진화정도, 크기와 관련성이 없는 것으로 밝혀짐에 따라 다양한 수로 이뤄진 염색체에 대한 근본적인 의문들이 제기. 최근 Nature에 유전자편집기술을 이용하여 효모(Saccharomyces cerevisiae)의 염색체를 기존 16개에서 1개 또는 2개로 감소시킨 2편의 논문이 발표. 연구결과, 염색체의 융합(감소)은 효모의 생존이나 번식에 거의 영향을 미치지 않은 것으로 조사

 
    ▸주요 출처 : Nature, Yeast chromosome numbers minimized using genome editing, 2018.8.1.; Nature, Creating a functional single-chromosome yeast, 2018.8.1

■ 다양한 염색체 수를 가지고 있는 진핵생물에 대한 이해를 위해 효모(Saccharomyces cerevisiae)의 염색체 수를 최소화하는 연구 추진  
 ○ 자연계의 모든 진핵생물은 1개 종*을 제외하고는 여러 개의 염색체로 구성되어있고, 그 수는 1개에서부터 600여개까지 다양
     * 수컷 개미(Myrmecia pilosula)의 염색체 수는 1개임
   - 초파리의 염색체 수는 8개, 효모 16개, 벼 24개, 인간은 46개, 개 78개 등으로 진핵생물의 염색체 수는 생물학적 특성과 명확한 관련성이 없음
   - 그렇다면 염색체의 수가 왜 다양한가? 또는 특정 염색체 개수가 특정 종에 유리한가? 또는 어떤 종들에서 게놈의 실질적인 변화없이 염색체 개수의 변화를 허용할까? 등의 의문이 제기

 ○ 최근 Nature지에는 16개의 염색체를 가진 효모에서 CRISPR-Cas9을 이용한 유전체 편집을 통해 1개 또는 2개로 감소시킨 두 편의 논문이 발표
   - 중국과학원(Chinese Academy of Sciences) 산하 연구소 및 대학의 연구팀은 효모의 16개 염색체를 거대한 1개의 염색체로 융합에 성공
    ※ 단일 염색체 효모를 생산하기 위해 연구팀은 염색체를 하나씩 융합, 1개의 중심체 (centromere)와 2개의 텔로미어(telomeres)를 삭제하는 과정을 반복. 이때 효과적인 CRISPR-Cas9 절단 시스템과 효모의 강력한 상동 재조합(homologous recombination) 활성을 이용하여 두 염색체를 정확하게 융합하는 방법을 개발. 연구결과는 Nature지에 Creating a functional single chromosome yeast(2018.8.1.)로 발표
   - 미국 뉴욕대학교 연구팀도 CRISPR-Cas9를 이용하여 효모의 염색체를 융합하여 16개에서 8개, 4개, 2개까지 줄이는데 성공
    ※ 연구결과는 Nature지에 Karyotype engineering by chromosome fusion leads to reproductive isolation in yeast(2018.8.1.)로 발표

< 유전자편집기술을 활용한 효모의 염색체 융합(Chromosome fusion) 방법 >

출처 : Nature, Yeast chromosome numbers minimized using genome editing, 2018.8.1.

■ 염색체 융합순서와 방향이 중요한 요소로, 두 연구팀이 유사한 전략을 사용했으나 한 개 연구팀만이 최종적으로 단일 염색체 제작에 성공

 ○ 염색체가 융합되는 순서와 방향, 실험과정 중 우연히 도입된 돌연변이가 세포 내성에 영향을 미쳤을 것이라는 두 가지 가능성이 존재
   - 염색체의 융합순서와 방향이 중요한 요소로, 다양한 융합경로를 통해 염색체 수를 줄이면서 염색체 구조가 세포의 생존에 어떻게 영향을 미치는지 알 수 있을 것으로 기대