미토콘드리아 DNA 유전자 교정한 생쥐, 세계 최초로 태어났다

IBS 유전체교정연구단

기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단이 시토신 염기교정효소(DdCBE)를 이용해 생쥐의 배아에서 미토콘드리아 DNA를 교정한 뒤 이를 대리모에 주입해 미토콘드리아 유전자가 교정된 생쥐를 태어나게 만드는 데 성공했다. 기초과학연구원(IBS) 제공

국내 연구진이 유전자 교정 기술을 이용해 미토콘드리아 DNA의 특정 염기를 바꾼 생쥐를 태어나게 하는 데 세계 최초로 성공했다. 

지난해 유전자 교정 기술 석학인 데이비드 리우 미국 브로드연구소 교수팀이 세포 수준에서 미토콘드리아 DNA를 교정한 적은 있지만 실제 동물에 적용된 건 이번이 처음이다. 

기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단 소속 이현지, 이성현 선임연구원 등 연구팀은 미토콘드리아 DNA의 특정 염기를 교정할 수 있는 염기교정효소를 생쥐 배아에 주입한 뒤 시험관에서 배양해 대리모에 이식하는 방법으로 20일 만에 미토콘드리아 DNA의 염기를 교정한 생쥐가 태어나게 만드는 데 처음 성공했다. 연구 내용은 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 19일자에 공개됐다. 

대표적인 유전자 가위로 꼽히는 크리스퍼-캐스9 기술은 유정자 교정에서 다방면에 활용되고 있지만 미토콘드리아 DNA를 교정하지 못한다 한계가 있다.

크리스퍼는 자르고 싶은 목표 DNA 부위에 찾아가서 달라붙는 가이드 RNA이며, 캐스9가 이를 이용해 단백질을 잘라내는 가위 역할을 한다. 문제는 가이드 RNA가 미토콘드리아 막을 통과하지 못해 캐스9도 미토콘드리아 내부로 들어갈 수 없다는 점이다. 

지난해 7월 리우 교수팀은 이를 해결하기 위한 방법으로 세균의 효소에서 유래한 시토신 염기교정효소(DdCBE)를 썼고, DdCBE를 이용해 미토콘드리아 DNA를 편집할 수 있다는 사실을 확인해 국제학술지 ‘네이처’에 발표했다. 당시 리우 교수팀은 이를 세포 수준에서 성공시켰다.

이성현 선임연구원은 “리우 교수팀의 논문 공개 이후 DdCBE를 동물에 적용해야겠다고 생각해 재빨리 연구에 착수했다”며 “이번 연구를 통해 어미 생쥐의 교정된 미토콘드리아 DNA 서열이 자식에게도 온전히 전달된다는 사실까지 확인했다”고 말했다. 

미토콘드리아 DNA에 돌연변이가 생기면 시력, 청력뿐 아니라 신경계, 근육, 심장 등에 치명적인 결함이 생길 수 있다. 무엇보다 미토콘드리아 DNA는 모계 유전이 되는 만큼 결함이 생긴 DNA가 다음 세대에 그대로 유전된다. 유전성 망막질환의 일종으로 20~30대 성인 남성이 갑자기 시력을 잃는 레베르시신경병증(LHON)이 대표적인 미토콘드리아 DNA 관련 질환이다. 

이 선임연구원은 “미토콘드리아 DNA를 배아 수준에서 정밀하게 교정할 수 있음을 보여줬다는 점에 의의가 있다”며 “향후 미토콘드리아 관련 치료제 개발에 필요한 동물 모델을 만드는 데 활용할 수 있을 것”이라고 말했다. 

한편 이 연구 논문의 교신저자로는 김진수 IBS 유전체교정연구단장이 이름을 올렸다. 김 단장은 유전자 가위 기술 특허를 빼돌렸다는 혐의를 받아 검찰에 기소되면서 단장직에서 물러나 연구단 수석연구위원으로 있었지만, 이달 4일 법원으로부터 무죄를 선고 받아 혐의를 벗으면서 16일 단장직에 복귀했다.    

[이현경 기자 uneasy75@donga.com]