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새로운 유전자편집기술, 프라임 편집(Prime editing)

출처 생명공학정책연구센터 조회수 1539
발간일 2019-11-07 등록일 2019-11-11
첨부파일

BioINwatch19-76(11.7)●새로운 유전자편집기술 프라...(330.77 KB)

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BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 19-76
새로운 유전자편집기술, 프라임 편집(Prime editing)

 

◇ 대표적인 유전자편집 도구인 CRISPR–Cas9 시스템의 단점(off-target)을 해결할 수 있는 새로운 유전자편집기술 개발. 프라임 편집(Prime editing)이라고 불리는 이 기술은 정확하고 효율적이며 다양한 방법으로 유전자를 편집할 수 있어 기초 생명과학 및 질병치료 연구에 광범위하게 활용 가능. 특히, 질병을 유발한다고 알려진 유전자 변이의 89%를 교정할 수 있는 잠재력 보유

 

▸주요 출처 : Nature, Super-precise new CRISPR tool could tackle a plethora of genetic diseases, 2019.10.21.; BRIC, [바이오토픽] 프라임편집: 새로운 초정밀 CRISPR 도구, 다양한 유전병 치료의 선봉에 설 듯, 2019.10.22

 

 브로드연구소, CRISPR–Cas9 시스템의 비표적(off-target) 문제를 해결할 수 있는 새로운 유전자편집기술인 ‘프라임 편집(Prime editing)’ 개발


 ○ MIT와 하버드가 공동 설립한 브로드 연구소(Broad Institute)의 David Liu 박사 연구팀은 보다 정확하고 효율적이며 다양한 방법으로 인간세포의 유전자를 직접 편집할 수 있는 새로운 유전자편집 도구인 ‘프라임 편집 (Prime editing)’ 기술을 개발
  - 프라임 편집은 두 개의 핵심 단백질(한 가닥의 DNA만 절단하도록 변형된 Cas9 효소와 역전사효소)과 새로운 가이드 RNA(prgRNA)가 결합된 기술로, 단일 염기서열 편집을 통해 보다 정확하게 DNA 타겟 부위를 편집


 ○ 대표적인 유전자편집 도구인 크리스퍼(CRISPR–Cas9) 기술은 사용하기 쉬운 장점이 있으나,
  - DNA 이중가닥을 모두 절단한 후 세포 자체의 복구시스템을 이용하기 때문에 DNA가 절단된 지점에서 DNA의 삽입 및 삭제가 무작위적으로 일어나 세포마다 다른 양상을 보이는 문제점 발생


 ○ 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 DNA를 이중가닥이 아닌 단일가닥만 자르게 변형된 Cas9 효소와 세포 자체의 복구시스템을 이용하지 않도록 역전사효소(Reverse transcriptase)를 결합
  - 프라임 편집의 Cas9 효소는 DNA 이중가닥을 절단할 필요가 없기 때문에 연구자들은 제어되지 않은 세포 자체의 복구시스템 의존에서 벗어나 원하는 편집을 수행

  - 역전사효소는 RNA에 의해 유도되어 절단 부위에서 편집을 수행. prgRNA 라는 가이드 RNA는 프라임 편집기를 표적 부위로 안내하며, 표적 위치에 새로운 DNA 염기서열을 삽입하기 위한 RNA template를 포함
    ※ 프라임 편집은 RNA를 사용하여 인간세포에서 새로운 DNA 서열을 삽입한다는 점에서 이전의 유전자편집 시스템과 차이를 보임

 

■ 프라임 편집은 유전자편집기술의 범위와 기능을 향상시켜 다양한 유전질환 치료 가능성을 확장


 ○ David Liu 박사 연구팀은 이중가닥 절단, 외부 DNA 주형 없이 표적 삽입 및 삭제, 12가지 유형의 점 돌연변이(point mutation)를 포함해 인간, 쥐 세포에서 175번 이상 편집을 수행
  - 겸상적혈구빈혈증(Sickle cell disease)과 테이삭스(Tay-Sachs)병의 주요 유전 원인을 교정하기 위해 인간세포에서 프라임편집을 적용해 정확하게 편집할 수 있음을 실험 결과로 제시
    ※ 겸상적혈구빈혈증은 특정 T를 A로 변환, 테이삭스병은 유전자의 정확한 위치에서 DNA 시퀀스 4개를 제거해야 함
  - 연구팀은 프라임 편집기술로 질병을 일으킨다고 알려진 인간 유전자의 약 89%를 교정할 수 있다고 주장
    ※ 연구결과는 Nature지에 “Search-and-replace genome editing without double- strand breaks or donor DNA”라는 제목으로 발표(2019.10.21.)


 ○ 그러나 프라임 편집이 CRISPR–Cas9 보다 큰 DNA를 삽입하거나 삭제할 수 없으므로 잘 확립된 편집도구를 완전히 대체하기 어렵다고 지적
  - 프라임 편집의 경우 연구자가 원하는 변화가 '한 가닥의 RNA'에 코딩되어 있어 RNA 서열이 길어질수록 세포 효소에 의해 손상될 가능성이 높아짐

 

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