범용성 유전자 스위치 기술 개발

 - 징크핑거를 이용한 유전자 스위치 기술 개발 -

? 국내 바이오벤처 기업 ㈜툴젠(대표 金進秀 박사)은 과학기술부 국가지 정연구실사업(NRL)의 일환으로 수행중인 산업미생물 형질개량을 위한 유전자조절 방법으로서의 맞춤 전사인자 개발(연구책임자 :(주) 툴젠 김진수) 과제의 수행을 통해 개발한 진그립(GeneGrip) 기술이 세계적 권위를 인정받는 학술지 네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology) 3월호에 연구논문으로 게재될 예정임을 발표하였음

○ 논문명 : Human zinc fingers as building blocks in the construction of tranion factors

○ 개발내용 : 인간 유전체에서 특정 DNA 염기서열에 특이적으로 결합하는 50 여개의 징크핑거들을 골라내고 이를 이용하여 특정 유전자를 마음대로 껏다 켰다 할 수 있는 유전자스위치 를 개발하였음.

1. 개발배경

<김진수 박사>

? 세포 내에는 수천, 수만 개의 유전자 가운데 특정 한 유전자를 껏다, 켰다 조절하는 유전자스위치(전사인자)들이 있다.

? 자연계에 존재하는 유전자스위치 가운데 징크핑거라고 불리 우는 단백질 이 있으며 이 단백질은 유전자의 염기서열을 특이적으로 인식하여 DNA에 결합하는 단백질이다.

? 이 단백질들을 이용하면 인위적으로 유전자를 조절할 수 있는 인공 유전 자스위치를 만들 수 있다.

2. 개발내용

○ 김진수 박사는 논문의 공동저자인 연세대 원주의대 김현원 교수팀과 함께 먼저 인간의 유전체에 존재하는 약 2,000여개의 징크핑거 유전자들을 분석하여 이 중에서 특정 DNA 염기서열에 특이적으로 결합하는 50 여개의 징크핑거들을 골라내었 다.

○ 이 징크핑거들을 모듈로 사용해서 DNA 결합단백질을 만들고 여기에 전사 활성화 또는 전사억제 인자를 붙여 인공 유전자스위치를 만들었다. 이를 진그립 기술로 명명함.

○ 이렇게 개발된 유전자스위치를 이용해서 심혈관질 환, 암에 있어서 중요한 작용을 하는 혈관형성인자(VEGF, Vascular Endothelial Growth Factor)의 유전자 발현을 활성화시키는 유전자스위치를 개발하는데 성공하였다.

3. 개발기술의 수준정도 및 개발의미

○ 진그립기술은 세계 최초로 인간유전체에 존재하는 징크핑거들을 이용하여 손쉽게 다수의 유전자스위치를 제조하는 기술 임.

○ 징크핑거들을 세포 내에서 활성을 측정하여 골라낸 다음 이를 이용해 유전자스위치를 만들었기 때문에 돌연변이를 도입해 인공 유전자스위치를 만 드는 기존 방법에 비해 생체 내 활성이 훨씬 우수하며, 향후 인간에 대한 치료제 개발시 면역반응을 최소화할 수 있 는 등 여러 가지 장점을 지닌다.

○ 안티센스나 RNAi 기술 등의 기존기술들과 비교할 때, 유전자를 양방향으 로 조절할 수 있고 가역적인 조절이 가능한 점 등의 우수한 장점들을 가지고 있다.

4. 개발성과

○ 진그립 기술은 세계적으로 경쟁력있는 원천기술로 광범위한 분야에 적용할 수 있는 기반을 확보하였다.

○ 연구를 통해 골라진 징크핑거 물질과 유전자스위치를 만드는 방법에 대 한 특허를 출원함으로써 이 징크핑거들을 이용하여 만들 수 있는 모든 유전자스위치에 대한 권리를 확보하였다.

○ 미생물, 동물, 식물 그리고 인간에 이르기까지 모든 생명체들의 유전자는 DNA의 형태를 띄고 있는데 이 기술을 이용해서 맞춤식 DNA결합단백질을 만들어 유전자스위치를 개발할 수 있다. 개발된 기술 은 미생물, 식물, 동물, 인간의 유전자 조절에 광범위하게 활용될 수 있는 기술 로 기대된다. 따라서 농업, 화학, 환경, 의약, 에너지 등 생명체와 관련 있는 모든 생명공학 분야에 걸쳐 폭 넓 은 활용이 가능하다.

5. 향후 활용계획

○ 진그립 기술을 활용하여 유전자치료제, 세포치료제 등의 치료제 개발을 수행하고 있으며, 새로운 유전자의 기능을 밝히는 기능유전체학에 적용하고 있다.

○ 단백질치료제의 수율향상 및 품질개선을 위한 동물세포주 개량, 현재 국 가지정연구실 연구과제로 추진중인 항암제, 항생제 등 유용물질을 생산하는 미생물균주의 개량 등에 적용하는 연구를 진행하 고 있다.

○ 진그립 기술을 필요로 하는 생명공학회사 또는 제약회사에 기술을 제공하 고, 장기적으로는 유전자스위치를 이용한 치료제를 개발하는데 주력할 계획이다.

6. 기타

○ 네이처 바이오테크놀로지 : 생명공학 분야의 전문학술지 가운데 저널영향력지수(Journal Impact Factor)에 있어서 세계 최고의 저널임.

- 지금까지 국내의 대학과 국가출연연구소에서 이 저널에 논문을 발표한 사례는 3 건 있었으나 국내 기업연구소의 연구성과가 게재된 경우는 이번이 처음

- 연구성과가 높이 평가되어 네이처 바이오테크놀로지의 'News and View' 세션에 특별히 소개할 예정이라고 함.

○ 연구과제 현황(2001년도 선정 국가지정연구실)

- 과제명 및 연구책임자 : 산업미생물 형질개량을 위한 유 전자조절 방법으로서의 맞춤 전사인자 개발/(주) 툴젠 김진수

- 연구비 : '01년 234백만원, '02년 234백만원

▶ 관련 사진

1. 징크핑거의 생체내 선택방법

2. 징크핑거의 DNA 결합특성

3. 혈관생성인자 유전자 발현의 활성화

▶ 용어 설명

징크핑거(zinc finger): 전사인자(tranion factor)내에 주로 발견되는 DNA 결합단백질로 징크 이온을 중심으로 손가락모양의 2차구조를 이루고 있어 징크핑거라는 이름으로 불림.

인공전사인자(artificial tranion factor): 특정 유전자에 특이적으로 결합하는 징크핑거 단백질에 전사활성화 인자나 전사억제 인자를 연결하여 만든 전사인자를 말함. 특정유전자의 프로모터에 결합하여 전사를 활성화하거나 억제한다.

VEGF(vascular endothelial growth factor): 혈 관 생성에 간여하는 성장인자의 한 종류로 가장 많이 연구되어 온 성장인자 중의 하나임. 암이나 심혈 관질환과 관련성이 알려지면서 이 유전자를 목표로 많은 회사들이 치료제 개발에 집중하고 있다.