모계 유전 미토콘드리아 유전질환 치료길 열리나…동물모델 개발

김진수 싱가포르국립대 교수 참여 고려대 의대 연구진

기존 TALED는 생쥐 배아 적용 시 비정상적인 발달을 일으켰지만(위쪽) 연구진이 개량한 TALED-V28R은 이러한 부작용을 줄인다. 고려대 의대 제공.

시신경, 근육, 심장 등에 이상을 일으킬 수 있는 ‘미토콘드리아 질환’에 대한 새로운 치료 길이 열릴 전망이다. 국내 연구진이 세계 최초로 미토콘드리아 DNA 염기서열 중 아데닌(A) 염기를 구아닌(G)으로 교정한 생쥐 모델을 제작하는 데 성공했다. 미토콘드리아 질환을 유발한 생쥐 모델을 처음으로 제시한 것으로 이 모델을 통해 미토콘드리아 질환의 원인을 확인하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다.

고려대 의대는 이현지 융합의학교실 교수 연구팀과 바이오기업 ‘엣진’ 연구팀 등이 쥐 모델에서 미토콘드리아 DNA 서열을 바꾸는 데 성공한 연구결과를 국제학술지 ‘셀’에 4일 발표했다고 5일 밝혔다. 

에너지 공급원인 미토콘드리아에는 ‘미토콘드리아 DNA’가 들어있다. 이 DNA에는 에너지 대사에 필수적인 역할을 하는 단백질 유전정보가 담겨 있다. 미토콘드리아 DNA에 결함이 생기면 뇌, 신경, 근육 등에 다양한 병증이 나타난다. 모계 유전으로만 전달되는 미토콘드리아의 특성상 엄마에게 미토콘드리아 결함이 있으면 자녀에게도 이런 문제가 발생할 수 있다. 

대표적인 미토콘드리아 질환으로는 근력 소실과 심장 기능 상실 등을 일으키는 ‘리 증후군’, 근육 장애와 신경 장애 등이 발생하는 ‘미토콘드리아성 뇌근육병증’, 시신경이 손상되는 ‘레버씨 시신경 위축증’, 눈꺼풀이 처지고 눈 운동 장애가 생기는 ‘컨스-세이어 증후군’ 등이 있다. 

DNA 이상은 크리스퍼 유전자가위 기술을 통해 교정하는 방법이 있지만 DNA 염기서열을 인식하는 데 사용되는 '가이드 RNA'는 미토콘드리아 내부로 수송되지 못한다. 유전자가위 기술을 미토콘드리아 DNA 교정에 활용하지 어렵다는 의미다. 

현재까지 개발된 미토콘드리아 DNA 교정기술로는 DNA 염기서열인 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 시토신(C) 중 시토신을 티민으로 교정하는 염기교정효소(DdCBE), 아데닌을 구아닌으로 교정하는 염기교정기술(TALED)이 있다. DdCBE를 활용한 유전자 교정 생쥐는 제작된 연구 사례가 있지만 TALED를 활용한 성공 사례는 지금까지 없었다. 

연구팀은 기존의 TALED가 세포 내에서 의도하지 않은 무작위적 DNA 및 RNA 변형을 일으킨다는 것을 확인했다. TALED가 생쥐의 수정란에 주입되면 배아 발달이 정상적으로 이뤄지지 않는다는 것이다.

이를 극복하기 위해 연구팀은 TALED 구성 단백질 중 DNA 변형을 매개하는 단백질이 더욱 정밀한 활성을 나타낼 수 있게 개량한 TALED(V28R-TALED)를 개발했다. 미토콘드리아 유전자 교정기술이 치료제로 적용될 수 있도록 한 발짝 더 나아간 연구 성과를 낸 것이다.

조성익 연세대 의대 박사(공동 제1저자)는 “심각한 증상을 유발하는 미토콘드리아 유전병을 극복하기 위한 새로운 기술이 개발됐다”며 “앞으로 기술 발전과 부작용 연구에 매진해 미토콘드리아 유전병 극복에 희망과 가능성을 제시하겠다”고 말했다. 

(왼쪽부터) 이현지 고려대 의대 교수, 이성현 성균관대 의학과 및 메타바이오헬스학과 교수, 김진수 싱가포르국립대 교수(엣진 CTO), 홍성호 고려대 의대 연구원, 조성익 연세대 의대 박사, 임가영 한국과학기술연구원 뇌과학연구소 박사. 고려대 의대 제공.

[문세영 기자 moon09@donga.com]