기술동향
CRISPR 이후 개발되는 염기 편집 도구들
- 등록일2021-12-09
- 조회수4557
- 분류기술동향
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자료발간일
2021-12-09
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출처
BRIC
- 원문링크
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키워드
#CRISPR#염기 편집#유전자 조작법#DSB #엔도뉴클레아제
- 첨부파일
pdf_0003943.pdf
CRISPR 이후 개발되는 염기 편집 도구들
◈목차
1. 서론
2. 본론
2.1. 유전자 조작의 기본 원리
2.1.1. DSB 이후 HDR과 NHEJ
2.2. CRISPR 이전의 유전자 조작법과 CRISPR의 등장
2.2.1. ZFNs, TALENs attach Fok I 그리고 Meganucleases
2.2.2. CRISPR의 원리와 한계
2.3. CRISPR 이후의 개발되는 염기 편집 도구들
2.3.1 CRISPR의 재설계
2.3.2. 발전된 형태의 CRISPR의 응용
2.3.3. CRISPR 이후 개발되는 염기 편집 도구들-CRISPR를 넘어서려는 시도들
3. 결론
4. 참고문헌
◈본문
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요약문
CRISPR-Cas9의 등장은 생명과학 연구와 의학뿐만 아니라, 유전공학에 이르기까지 많은 변화들을 가져왔다. 단순한 유전자 편집 도구로서의 기능뿐만 아니라, 다양한 활용으로 많은 연구들이 진행되고 있다. 현재 활발하게 이루어지고 있는 CRISPR-Cas9의 정확도와 활용도를 높이기 위한 노력과 CRISPR-Cas9를 대체 혹은 보완하기 위한 연구들에 대해 알아보고, 앞으로 염기편집 도구가 발전해야 할 방향에 대해서 알아보고자 한다.
Key Words: CRISPR, CAS9, sgRNA, 염기 편집, 유전자 조작
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1. 서론
바이러스의 침입에 대한 박테리아의 면역 시스템으로 알려져 있던 CRISPR-Cas9 시스템은 빠른 속도로, 여러 분야에 걸쳐 없어서는 안 될 도구가 되었다. Cas9이라는 뉴클리아제에 의한 염기 편집 도구시스템인 CRISPR-Cas9은 현재 의학 연구 및 치료, 유전 공학 및 농업의 다양한 분야에서 중요한 역할을 수행하고 있다.
특히나, CRISPR-Cas9은 더 이상 단순한 유전자편집 도구를 넘어서, 변형된 Cas9들을 이용한 응용은 유전자 발현의 조절, 유전체의 후성유전학적편집, 염색체 분석 및 이미징과 같은 유전 공학에까지 이뤄지고 있다. 이 동향리포트에서는 CRISPR-Cas9 이전의 유전자 편집 도구의 간략한 역사와 기작을 제시하고, 두 부분으로 나누어 CRISPR-Cas9을 업그레이드한 유전체 도구들의 현황 및 CRISPR 이후에 개발되고 있는 염기 편집 도구들에 대해 설명한다.
2. 본론
2.1. 유전자 조작의 기본 원리
진핵생물의 유전체는 수십억 개의 DNA 염기로 이루어진 유전정보로 구성되어 있다. 이러한 유전정보의 인위적인 편집은 오랫동안 분자생물학에서 추구해온 목표 중 하나이다. 정확하게 우리가 원하는 위치에서 DNA 염기를 변경하는 것은 분자생물학의 연구에서뿐만 아니라 의학 및 생명공학에서의 응용에 있어서도 중요한 역할을 한다.
유전자 변이-절삭, 삽입에 관한 연구는 유전학 연구에서 많은 진전이 이루어져 있지만, 정교한 염기 서열 단위의 편집은 현재까지도 진행 중에 있다. 현재까지 주로 사용되는 염기 서열의 편집은 진화적으로 잘 보존이 되어 있는 상동재조합(homologous recombination)이라는 과정을 통해 이루어진다.
그러나, 상동 재조합 방법의 경우 낮은 유전체 통합 속도와 효율성, 세포에 따른 특이성이 존재하고, 특히 무작위적으로 표적 염기 서열 이외에 다른 유전체가 통합되는 것과 같은 여러 한계가 있다.
2.1.1. DSB 이후 HDR과 NHEJ
이러한 상동재조합에 의존한 게놈 편집의 한계는 표적 염기 부위에 이중 가닥 파손(DSB)을 의도적으로 도입하면 표적 유전자 통합의 빈도가 수십 배 증가한다는 점이 연구되었고, 편집 효율성을 늘릴 수 있는 길이 열리게 되었다. 또한 메가뉴클레아제(Meganuclease)라 불리는 14-40bp의 DNA의 긴 특정 염기서열을 인식하는 엔도뉴클레아제(endonuclease)의 발견과 더불어 유전자 편집 효율을 증가시킬 수 있었다.
여러 생명체에서 발견된 다양한 염기 서열을 인식하는 여러 가지 메가뉴클레아제의 등장에도 불구하고, 각각의 메가뉴클레아제는 고유한 인식서열이 있기 때문에, 원하는 특정 유전자 위치를 표적으로 하는 메가뉴클레아제를 찾을 확률은 아주 낮았다. 또한, 엔도뉴클레아제로 유도된 DSB의 경우 오류가 발생하기 쉬운 비상동 말단 연결(NHEJ, Non-homologous end joining) DNA 복구 메커니즘을 통해 복구가 된다는 점 역시 염기서열 편집에 제한을 주게 된다 (그림 1).
이로 인하여, 도입하려 하는 DNA 주형이 DSB에 효과적으로 통합되지 않을 뿐만 아니라, 비상동 말단 접합복구 메커니즘이 파손 부위에서 예상치 못한 DNA 조각을 무작위로 삽입하거나 삭제하는 경우가 빈번한 문제점이 존재하였다.
...................(계속)
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