IBS 유전체교정연구단, 아데닌 염기 교정 도구 최초 개발
국내 연구진이 세포에 필요한 에너지를 만들어내는 세포소기관 ‘미토콘드리아’ DNA의 염기 중 ‘아데닌(A)’을 교정할 수 있는 도구를 세계 처음으로 개발했다. 미토콘드리아 DNA에서 발생하는 유전질환 연구나 치료제 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.
기초과학연구원(IBS)은 유전체교정연구단장 연구진이 미토콘드리아 DNA 아데닌 염기 교정 도구 ‘TALED’를 개발하고 국제학술지 ‘셀(Cell)’에 발표했다고 26일 밝혔다.
미토콘드리아 DNA에 변이가 일어나면 5000명 중 1명 꼴로 심각한 유전질환이 발생한다. 암이나 당뇨병, 노화 관련 질환을 일으킬 수도 있다.
DNA는 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민 등 4개의 염기가 선형 구조로 이뤄져 있다. 유전질환을 유발하는 미토콘드리아 DNA 돌연변이 95개 중 90개는 DNA 염기 하나가 변이된 ‘점 돌연변이’다. 점 돌연변이를 원래 염기로 교정하면 미토콘드리아 유전질환을 치료할 수 있다.
하지만 최근까지도 미토콘드리아 DNA 교정은 불가능했다. 2020년 미토콘드리아 DNA의 시토신 염기를 티민으로 교정하는 기술이 개발됐지만 점 돌연변이 9개 정도만 고칠 수 있다는 한계가 있었다.
IBS 연구진은 미토콘드리아에서 아데닌 염기를 교정하는 기술을 세계 처음으로 개발했다. 아데닌 염기 교정으로 점 돌연변이 39개(43%)를 고칠 수 있다. 미토콘드리아 관련 다양한 종류의 동물질환 모델을 만들거나 미토콘드리아 유전질환 치료법을 개발할 길을 연 것이다.
연구논문의 1저자인 조성익 유전체교정연구단 연구원은 세균에서 유래한 ‘DddA 시토신 탈아미노 효소’에 주목했다. 기존 탈아미노 효소는 DNA 단일 가닥에 작동한 반면 DddA는 이중가닥에 작동한다. 연구진은 DddA가 DNA 이중가닥을 일시적으로 풀어 탈 아미노효소를 DNA 이중가닥에 접근할 수 있도록 할 것이라는 가설을 세우고 DddA와 아데닌 탈아미노 효소를 융합한 염기 교정 기술인 TALED를 제작했다.
연구진이 제작한 TALED 기술을 인간 미토콘드리아 DNA에 적용한 실험 결과 아데닌 염기가 구아닌 염기로 치환됐다. 인간 미토콘드리아 DNA의 아데닌 염기 교정에 처음으로 성공한 것이다.
연구진은 나아가 시토신 탈아민화 효율을 높이는 단백질을 TALED에 융합하면 시토신과 아데닌의 염기 교정을 동시에 할 수 있다는 사실도 확인했다. 시토신과 아데닌 염기 동시 교정이 가능하면 유전질환 치료 전략을 만드는 데 활용할 수 있다.
김진수 IBS 유전체교정연구단 전 단장은 “마땅한 치료법이 부족했던 미토콘드리아 유전질환의 근본적인 해결책을 제시했다”며 “TALED는 식물에도 적용할 수 있어 분자생물학과 유전학뿐 아니라 바이오제약·생명공학·농림수산업·환경산업에도 폭넓게 기여할 것”이라고 밝혔다.
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- 김민수 기자