국내연구팀, 모계유전 미토콘드리아 질환 치료 가능성 제시

기존의 미토콘드리아 유전자 교정기술인 TALED는 무작위한 RNA와 DNA 변형을 일으켜 생쥐배아에 적용할 경우 비정상적인 발달을 하는 반면(위), 연구진이 개량한 TALED-V28R은 무작위한 RNA와 DNA 변형을 줄였다. 미토콘드리아 질환모델 개발에도 성공했다./사진=고려대 의료원

국내 연구팀이 세계 최초로 미토콘드리아 DNA 특정 서열에서 아데닌(A) 염기를 구아닌(G)으로 변형한 생쥐를 제적하는 데 성공했다. 이는 모계유전 미토콘드리아 질환 치료제가 나오려면 반드시 선행돼야 하는 단계다.

세포 속에서 에너지를 공급하는 미토콘드리아는 유전물질인 DNA를 갖고 있다. DNA에 결함이 생기면 미토콘드리아 고장으로 뇌, 신경, 근육 등에서 다양한 병증으로 나타나게 된다. 미토콘드리아는 부모 중 모계로만 유전돼 질환으로 이어진다. 지금까지 나온 DNA 교정기술인 크리스토퍼 유전자 가위(CRISPR-Cas9)로는 미토콘드리아 내부 DNA 교정을 할 수 없어, 미토콘드리아 질환 치료에는 한계가 있었다.

지금까지 개발된 미토콘드리아 DAN 교정기술로는 DNA 염기 서열 4종류, 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 시토신(C) 중 C를 T로 교정하는 염기교정효소(DdCBE), A를 G로 교정하는 기술(TALED)가 있다. 이중 DdCBE로 교정을 확인한 생쥐 제작 연구 사례는 있지만, TALED로 유전자 교정을 성공한 동물 실험 사례는 지금까지 없었다.

고려대 의대 융합의학교실 이현지 교수 연구팀과 엣진 연구팀이 최근 TALED 기술을 활용해 세계 최초로 A염기를 G로 변형하는 동물 실험을 성공했다.

연구팀은 기존에 개발된 TALED가 세포 내에서 의도하지 않은 무작위적 DNA와 RNA 변형을 일으키는 점을 확인했다. 이로 인해 TALED가 생쥐 수정란에 주입되면 배아 발달이 정상적으로 이루어지지 못했다. 연구팀은 TALED 구성 단백질 중 DNA 변형을 매개하는 단백질이 더욱 정밀한 활성을 나타낼 수 있게 개량해, TALED(V28R-TALED)를 개발했다. 이를 통해 TALED의 부작용인 세포 내 무작위적 DNA와 RNA 변형이 크게 감소된 것을 확인했다.

개량된 TALED를 생쥐의 수정란에 미세주입해 미토콘드리아 질환 '리 증후군(Leigh syndrome)'의 돌연변이를 보유, 병증을 나타내는 질환모델 제작에 성공했다.

공동 제 1저자인 조성익 박사는 "미토콘드리아 유전병은 심각한 증상을 유발하는 경우가 많은데, 이번 연구는 한국의 연구자들이 이를 극복하기 위한 새로운 기술을 개발하고, 그 기술을 발전시킨 좋은 예라고 생각한다"며 "앞으로도 기술발전, 부작용 연구를 매진해 미토콘드리아 유전병 극복에 희망과 가능성을 제시하겠다"고 했다.

공동 제 1저자 홍성호 연구원은 "미토콘드리아 질환 해결을 위한 유전자 교정 연구에 참여해 성취에 도움이 될 수 있었다는 점만으로도 큰 영광이다"라며 "연구 성과가 누군가에게는 희망이 될 수도 있는 연구 분야라는 것을 배우고, 큰 성취를 이룬 것이 더욱 기쁘다"고 말했다.

연구책임자 이현지 교수는 "기존 미토콘드리아 유전자 교정 기술의 의도치않은 무작위적 DNA, RNA 변형을 규명하고 이를 개선해 동물에 성공적으로 적용한 이번 연구는 미토콘드리아 유전자 교정기술이 치료제로 개발되기 전에 반드시 선행되어야 하는 연구"라며 "지금까지 적절한 치료법이 없었던 미토콘드리아 질환에 있어 치료의 길이 열리는데 한 발짝 더 다가간 것 같아 기쁘다}"고 했다.

한편, 이번 연구는 세계적 국제학술지인 '셀(Cell)'에 최근 게재됐다.