기초과학연구원, 동물 미토콘드리아 교정 세계 최초 성공

미토콘드리아 질환 연구·치료제 개발 기대

DdCBE 미세주입법을 이용한 미토콘드리아 DNA 교정 생쥐 제작 모식도. 사진제공=IBS

국내 연구진이 세계 최초로 동물 미토콘드리아 DNA 교정에 성공했다.

19일 기초과학연구원(IBS)은 유전체교정 연구단이 세계 최초로 시토신 염기교정효소(DdCBE)를 이용해 생쥐 미토콘드리아 DNA의 특정 염기를 바꾸는데 성공했다고 밝혔다. 이는 치료가 어려웠던 미토콘드리아 질환 연구와 치료제 개발에 기여할 것으로 기대된다.

미토콘드리아는 에너지를 만들어내는 세포 내 소기관이다. 미토콘드리아 DNA에 변이가 일어날 경우 시력·청력 뿐 아니라 에너지가 많이 필요한 중추신경계·근육·심장 등에 치명적인 결함을 야기한다. 미토콘드리아 DNA는 모계 유전되기 때문에 모체의 미토콘드리아 DNA에 결함이 있을 경우 다음 세대로 고스란히 전달된다.

미토콘드리아 질환은 5,000명 중 한 명 꼴로 발생하는 비교적 흔한 유전질환이지만 아직까지 마땅한 치료법이 없다. 다만 유전체 교정 기술로 널리 활용되는 크리스퍼 유전자가위(CRISPR-Cas9)로는 미토콘드리아 DNA 교정이 불가했다.

지난해 세균의 한 효소가 DNA 이중 나선의 시토신(Cytosine) 염기를 티민(Thymine)으로 바꿀 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 그러면서 이를 활용한 새로운 염기교정효소인 'DdCBE'가 제작됐다. 이로써 미토콘드리아 DNA 교정은 가능해졌지만 이는 세포 수준의 연구에 불과했다. 질환 치료로 이어지기 위해서는 DdCBE가 동물 개체 수준에서도 정상 작동하는지 확인이 필요했다.

연구진은 우선 다양한 조합의 DdCBE를 생쥐 세포주 수준에서 선별해 가장 효율이 높은 DdCBE를 선정했다. 세포주란 생체 밖에서 계속적으로 배양이 가능한 세포 집합을 의미한다. 연구팀은 최적의 조건에서 DdCBE를 생쥐 배아에 미세주입하여 미토콘드리아 DNA에 작용시킴으로써 시토신 염기를 티민으로 치환하는 데 성공했다. 정확하고 효과적인 방식으로 미토콘드리아 DNA 서열이 변환된 동물을 최초 제작한 셈이다.

이어 연구진은 어미 생쥐의 교정된 미토콘드리아 DNA 서열이 다음 세대에게도 온전히 전달됨을 확인했다. DdCBE가 동물 개체 수준에서 정상 작동함을 최초로 확인한 것이다.

연구팀은 "미토콘드리아 DNA를 동물배아 수준에서 정밀하게 교정할 수 있게 됐다"며 "향후 미토콘드리아 질환 기작 연구와 치료제 개발에 새 길을 열 것으로 기대한다"고 말했다.

한편 이번 연구 성과는 국제 학술지 '네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 19일 오후 7시(한국시간) 온라인판에 게재됐다.

[이종화 기자]

[ⓒ 매일경제 & mk.co.kr, 무단전재 및 재배포 금지]