고대의대, '모계유전' 미토콘드리아 유전질환 동물모델 개발

이현지 교수팀, 엣진과 공동연구…국제학술지 '셀' 게재

이현지 고려대 의과대학 교수, 이성현 성균관대 의학과 및 메타바이오헬스학과 교수, 김진수 싱가포르국립대 교수(엣진 CTO), 홍성호 고려대 의과대학 연구원, 조성익 연세대 의과대학 박사, 임가영 한국과학기술연구원KIST 뇌과학연구소 박사(왼쪽부터)/(고려대 의대 제공) ⓒ News1

(서울=뉴스1) 김규빈 기자 = 국내 연구진이 세계 최초로 미토콘드리아 DNA의 특정 서열에서 아데닌(A) 염기를 구아닌(G)으로 변형한 생쥐를 제작하는 데 성공했다. 모계로 유전되는 미토콘드리아 질환을 치료할 수 있는 길이 열렸다는 평가다.

이현지 고려대학교 의과대학 융합의학교실 교수 연구팀은 엣진 연구팀과 함께 동물모델에서 'A-to-G' 유전자 교정에 성공했다고 5일 밝혔다.

세포 내에 존재하는 에너지 공급원인 미토콘드리아 내부엔 단백질 유전정보를 가진 DNA를 가지고 있다. 이 DNA 결함이 생기면 미토콘드리아 기능이 망가져 뇌, 신경, 근육 등에 다양한 질환이 생길 수 있다. 이런 유전적 결함은 모계로 유전되기 때문에 엄마의 미토콘드리아 결함이 자녀에게 유전돼 질환으로 나타날 수 있다.

크리스퍼 유전자 가위(CRISPR-Cas9) 기술이 DNA를 교정하는 데 활용되지만, 특정 DNA 서열을 인식하는 가이드 RNA가 미토콘드리아 내부로 수송되지 못한다. 따라서 미토콘드리아 DNA 교정에는 크리스퍼 기술을 적용하기 어렵다.

현재는 미토콘드리아 DNA 염기 4종류 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 시토신(C) 중 시토신(C)을 티민(T)으로 교정하는 효소(DdCBE)와 아데닌(A)을 구아닌(G)으로 교정하는 염기교정기술(TALED) 등이 있다. 이 중 DdCBE 활용해 미토콘드리아 C-to-T 유전자를 교정한 생쥐를 연구한 사례는 있지만, 아직 TALED를 활용해 성공한 동물실험 사례는 보고되지 않았다.

기존의 미토콘드리아 유전자 교정기술인 TALED는 무작위한 RNA 및 DNA 변형을 일으켜 생쥐배아에 적용할 경우 비정상적인 발달을 하는 반면(위), 연구진이 개량한 TALED-V28R은 무작위한 RNA 및 DNA 변형을 줄이고 나아가 미토콘드리아 질환모델 개발에도 성공했다(고려대 의대 제공) ⓒ News1

연구진은 기존에 개발된 TALED가 세포 내에서 무작위적인 유전자 변이를 일으킨다는 것을 확인했다. 이 때문에 TALED를 생쥐의 수정란에 주입해도 배아 발달이 정상적으로 이뤄지지 않았다.

이에 연구팀은 단백질이 더욱 정밀하게 활성할 수 있는 TALED(V28R-TALED)를 개발했다. 이를 통해 TALED 부작용인 세포 내 무작위적 DNA·RNA 변형이 크게 줄었다는 것도 확인했다. 개량된 TALED를 생쥐의 수정란에 미세주입해 미토콘드리아 질환인 '리 증후군' 모델을 만드는 데 성공했다.

이현지 교수는 "이번 연구는 미토콘드리아 유전자 교정기술이 치료제로 개발되기 전에 반드시 선행돼야 하는 연구"라며 "지금까지 적절한 치료법이 없었던 미토콘드리아 질환 치료 길이 열리는 데 한 발짝 더 다가간 것 같아 기쁘다"고 말했다.

이번 연구는 세계적인 국제학술지 '셀(Cell)' 1월 호에 게재됐다.

rnkim@news1.kr