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국내 연구진이 세포에 자가포식(세포가 자신의 일부를 분해해 에너지원으로 재활용하는 과정)을 유도하는 방법으로 유전자 정밀 편집의 효율을 높이는 데 성공했다.

한국화학연구원 남혜진 박사 연구팀은 서울대 의대 조동현·배상수 교수 연구팀과 공동으로 세포에 자가포식을 유도해 유전자 정밀 교정 기술인 '상동 재조합'(HR) 효율을 크게 높일 수 있음을 확인했다고 25일 밝혔다.

유전자 편집은 '크리스퍼 카스9'(CRISPR-Cas9) 등 유전자 가위를 이용해 원하는 디옥시리보핵산(DNA) 부위를 자르고 수정할 수 있는 유전자 교정 기술이다.

다만 세포가 초기에 잘린 DNA를 복구하는 과정에서 '비상동말단 연결'(NHEJ·세포가 이중가닥으로 끊어진 DNA를 설계도 없이 바로 이어 붙이는 응급 복구 방식) 방식을 시도해 정밀 교정이 쉽지 않았다.

연구팀은 굶주린 세포는 자가포식 과정에서 DNA 손상 복구에 영향을 미치는 단백질을 분비한다는 점에 착안, 자가포식을 유도해 상동 재조합 효율을 높이는 데 성공했다.

연구 그림 ⓒ한국화학연구원 제공

상동 재조합은 외부에서 정상 DNA 조각을 넣어줌으로써 세포가 손상된 DNA를 고칠 때 그 조각을 참고해 정확하게 복구할 수 있도록 돕는 정밀 교정 기술이다.

우선 세포에 영양분이 없는 식염수만 주거나, 세포의 성장 신호 물질 억제제를 투입함으로써 자가포식을 유도했다.

그러자 DNA 손상 복구에 작용하는 다양한 인자들이 유전자 가위 효소인 카스9 주변에 많이 모여드는 모습이 나타났다.

실험 결과 자가포식이 유도된 세포에서는 HR 편집 효율이 적게는 1.4배에서 최대 3.1배까지 높아진 것으로 나타났다.

반대로 자가포식 결핍 세포에서는 유전자 정밀 편집 효율에 변화가 없었다.

이는 세포가 정확하게 DNA를 복구하기 위해서는 자가포식 기능이 필수적임을 다시 한번 확인해 주는 결과이다.

연구팀은 이 기술이 세포 수준을 넘어서도 유효한지 검증하기 위해 생쥐의 망막 색소 상피 조직에 대해서도 실험을 진행했다.

카스9 유전자 가위와 형광 단백질 유전자를 담은 DNA를 생쥐의 망막에 주입한 뒤 자가포식 유도제를 투여한 결과, 유전자 교정이 성공적으로 이뤄져 강한 형광 신호가 확인됐다.

연구팀은 "기존 유전자 교정 기술의 한계를 극복할 수 있는 획기적인 방법"이라며 "후속 연구를 통해 다양한 질환에 대한 유전자 교정에 적용할 수 있도록 고도화할 계획"이라고 밝혔다.

연합뉴스: 저작권자 2025-05-27 ⓒ ScienceTimes

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