5000명중 1명 앓는 난치병 '미토콘드리아 질환' 치료 한 걸음 더 다가섰다

IBS 연구진, 한층 정교한 미토콘드리아DNA 교정 기술 개발

국내 연구팀이 미토콘드리아 DNA를 기존 기술보다 훨씬 정확하게 교정하고 여러 분야에서 다양하게 쓰일 수 있는 기술을 개발했다. 게티이미지뱅크 제공

국내 연구팀이 미토콘드리아 DNA를 기존 기술보다 훨씬 정확하게 교정하고 여러 분야에서 다양하게 쓰일 수 있는 기술을 개발했다. 연구를 좀 더 발전시키면 선천성 근병증과 사립체 질환, 멜라스 증후군처럼 인체의 미토콘드리아 DNA가 망가져서 걸리는 난치병인 미토콘드리아 질환을 치료할 새로운 길을 찾을 수 있을 것으로 기대를 모은다. 

기초과학연구원(IBS)은 산하 유전체 교정 연구단이 세포핵에 있는 DNA 뿐 아니라 미토콘드리아 DNA까지 교정하는 ‘징크핑거 염기교정효소’를 개발했다고 20일 밝혔다. 미토콘드리아는 세포 내에서 에너지를 만드는 소기관으로 여기에 돌연변이가 일어나면 시청각과 중추신경계, 근육, 심장 등에 치명적인 결함이 나타난다. 

미토콘드리아 질환은 5000명 중 한 명꼴로 발생할 만큼 비교적 흔하지만 현재 유전체 교정기술인 크리스퍼 유전자가위(CRISPR-Cas9)로는 미토콘드리아 DNA 교정이 불가능하다. 2020년에는 세균의 효소(DddA 탈아미노 효소)와 단백질(탈이펙터 단백질)을 이용해 미토콘드리아 DNA를 교정할 수 있는 효소(DdCBE)가 개발되기도 했다.

연구팀은 기존의 DddA 탈아미노 효소와 아연 이온을 이용해 DNA에 단백질을 결합시키는 징크핑거 단백질을 융합해 훨씬 효율적으로 미토콘드리아 DNA를 교정하는 기술인 징크핑거 염기교정효소를 개발했다. 

이 기술은 징크핑거 단백질이 탈이펙터 단백질보다 절반 이하로 작아 다양한 디자인이 가능하고 활용도 쉽다. 세포를 투과하는 능력이 있어 핵산이 없이도 유전체를 바꿀 수 있는 장점도 있다. 

연구팀은 징크핑거 염기교정효소의 구조를 24가지로 만든 다음 미토콘드리아 DNA를 교정하는 데 가장 적합한 구조를 찾아냈다. 이를 이용해 세포 핵뿐 아니라 미토콘드리아의 DNA에서 시토신-구아닌(C-G) 염기쌍을 티민-아데닌(T-A)으로 치환하는 실험에 성공했다. 

또한 이 기술은 기존 DdCBE만으로는 만들 수 없었던 변이를 다양하게 만들 수 있다. 징크핑거 단백질을 개량하거나 전달 방법을 바꿨더니 정확성도 높아졌다. 
 

김진수 단장은 “앞으로 미토콘드리아 질환 등 난치병을 연구하고 치료하는 데 쓰일 전망”이라며 “특히 이번에 개발한 효소는 크기가 작은 만큼 여러 기술과 접목해 활용도가 클 것”이라고 기대했다. 이 연구결과는 이달 18일 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 온라인판에 실렸다.

[이정아 기자 zzunga@donga.com]