기자명 문병도 기자
  • 입력 2022.04.26 12:00

유전질환 연구와 치료에 활용 기대…'셀'에 게재

미토콘드리아내부로 전달된 TALED가 아데닌(A)의 탈아민화 반응을 일으켜 이노신(I)으로 바꾼다. DNA 수선 과정 또는 복제 과정을 거쳐 최종적으로 구아닌(G)로 치환되게 된다. (사진제공=IBS) 

[뉴스웍스=문병도 기자] 기초과학연구원(IBS) 유전체 교정 연구단이 세계 최초로 미토콘드리아 DNA의 아데닌(A) 염기 교정 도구인 'TALED'를 개발했다.

미토콘드리아는 에너지를 만들어내는 세포 내 소기관이다. 미토콘드리아 DNA에 변이가 일어나면 5000명 중 한 명 꼴로 발생하는 심각한 유전질환 뿐 아니라 암·당뇨병·노화 관련 질환을 일으킬 수 있다. 

병원성 미토콘드리아 DNA의 돌연변이 95개 중 90개는 DNA 염기 하나가 변이된 '점 돌연변이'다. 점 돌연변이를 원래의 염기로 교정하면 대부분의 병원성 미토콘드리아 유전질환을 치료할 수 있다. 

최근까지 미토콘드리아 DNA 교정은 불가했다. 2020년 미토콘드리아 DNA의 시토신(C) 염기를 티민(T)으로 교정하는 기술이 개발됐지만, 점 돌연변이 9개(10%)만 고칠 수 있다는 한계가 있었다.

IBS 연구진은 미토콘드리아에서 아데닌(A) 염기를 교정하는 기술을 최초로 개발했다. 이는 점 돌연변이 39개(43%)를 고칠 수 있어, 미토콘드리아 DNA의 표적 범위를 비약적으로 늘렸다. 

1저자인 조성익 연구원은 세균에서 유래한 'DddA 시토신 탈아미노 효소'에 주목했다. 

기존의 탈아미노 효소는 DNA 단일 가닥에 작동하는 반면 DddA는 이중가닥에 작동한다. 연구진은 DddA와 아데닌 탈아미노 효소를 융합한 염기 교정 기술인 'TALED'를 제작했다. 'TALED'를 인간 미토콘드리아 DNA에 적용한 실험 결과, 아데닌이 탈아민화되며 구아닌으로 치환됐다. 인간 미토콘드리아 DNA의 아데닌 염기 교정에 최초로 성공한 것이다.

김진수 전 단장은 "마땅한 치료법이 없었던 미토콘드리아 유전질환의 근본적인 해결책을 제시했다"며 "TALED는 다른 세포소기관인 엽록체에서도 작동 가능해 식물에도 적용할 수 있는 만큼, 분자생물학과 유전학 뿐 아니라 바이오제약·생명공학·농림수산업·환경 산업에도 폭넓게 기여할 것이다"라고 말했다. 연구결과는 생물학 분야의 권위 있는 학술지인 셀에 26일 게재됐다.  

IBS 유전체 교정 연구단은 유전자가위를 이용해 난치성 질환을 원천치료 하는 새로운 방법을 연구한다. 

유전체교정 연구단은 인간 및 동식물의 유전체 염기서열을 고쳐 쓰는 유전자가위 기법을 이용하여 유전체에 담겨진 생명의 비밀을 탐구하고 줄기세포 및 체세포에서 각종 유전병의 원인이 되는 돌연변이를 교정하여 난치성 질환을 원천치료 하는 새로운 방법을 연구하고 있다.

유전자가위는 유전체 상의 특정 유전자 염기서열만을 인식해서 DNA를 절단하는 인공 효소로서 인간 및 동식물 세포에서 특정 유전자에 돌연변이를 일으키거나 이미 존재하는 돌연변이를 교정하는데 사용된다. 이 기법을 다양한 동식물에 활용해 고부가가치 가축, 농작물을 개발하는 새로운 방법을 탐구하고 있다.

조성익 연구원 (사진제공=IBS)
조성익 연구원 (사진제공=IBS)
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