연구자들은 전통적인 CRISPR 기술에 사용되는 유전자 편집기를 분해하면 켜고 끌 수 있는 보다 정확한 도구를 만들 수 있으며 의도하지 않은 게놈 돌연변이를 일으킬 가능성이 훨씬 낮다는 것을 발견했습니다. 그들은 그들의 새로운 도구가 모든 질병을 일으키는 돌연변이의 약 절반을 교정할 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 말합니다.
CRISPR는 일상 어휘에 들어간 과학 용어 중 하나입니다. 이 유전자 편집 도구는 틀림없이 21세기의 가장 큰 발견 중 하나이며, 유전 질환과 비유전 질환의 연구와 치료에 혁명을 일으켰습니다. 그러나 CRISPR 기술과 관련된 주요 위험은 "표적을 벗어난 편집"입니다. 이는 표적 부위 이외의 게놈에 예상치 못한, 불필요하거나 심지어 불리한 변화가 발생하는 것입니다.
이제 라이스 대학의 연구원들은 보다 정확하고 표적을 벗어난 편집 가능성을 크게 줄이는 CRISPR 기술을 기반으로 한 새로운 유전자 편집 도구를 개발했습니다.
연구의 제1저자인 Hongzhi Zeng은 "우리 팀은 필요에 따라 켜거나 끌 수 있는 향상된 버전의 유전자 편집 도구를 개발하기 시작했으며 비교할 수 없는 안전성과 정확성을 제공했습니다"라고 말했습니다. "이러한 도구는 우리 게놈에서 질병을 일으키는 점 돌연변이의 거의 절반을 수정할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 현재의 아데닌 염기 편집자는 지속적으로 '켜진' 상태에 있으며, 이는 숙주 게놈에서 원하는 수정을 수행하는 동안 원치 않는 게놈 변화를 초래할 수 있습니다."
DNA는 서로를 감싸는 두 개의 연결된 가닥으로 구성되어 꼬인 사다리와 유사한 이중 나선을 형성합니다. 사다리의 "가로대"는 수소 결합으로 서로 결합된 두 개의 상보적인 뉴클레오티드 염기인 염기쌍으로 구성됩니다. 즉, 아데닌(A)과 티민(T) 쌍, 시토신(C)과 구아닌(G) 쌍입니다.
"점 돌연변이"라고도 알려진 염기쌍 돌연변이는 수천 가지 질병의 원인이 됩니다. 기존 CRISPR에서는 ABE(아데닌 염기 편집기) 또는 CBE(시토신 염기 편집기)를 사용하여 원하는 부위에 점 돌연변이를 생성합니다. 여기서 연구진은 ABE를 사용하고 이를 수정했습니다.
그들은 ABE를 두 개의 개별 단백질로 분리했는데, 이 단백질은 시롤리무스 분자가 첨가될 때까지 비활성 상태로 유지되었습니다. 라파마이신으로도 알려진 시롤리무스는 장기 이식 거부반응을 예방하고 특정 유형의 암을 치료하는 데 사용되는 항종양 및 면역억제 특성을 지닌 약물입니다.
"이 작은 분자가 도입되면 아데닌 염기 편집기의 두 개의 독립적인 비활성 세그먼트가 서로 접착되어 활성화됩니다"라고 Zeng은 말했습니다. "신체가 라파마이신을 대사할 때 이 두 조각이 분리되어 시스템이 비활성화됩니다."
연구자들은 원래의 손상되지 않은 ABE보다 더 짧은 기간 동안 활성 상태를 유지하는 것 외에도 새로운 분할 유전자 편집 도구가 다른 이점을 가지고 있음을 발견했습니다.
Zeng은 "전체 [기본] 편집기와 비교하여 우리 버전은 대상을 벗어난 편집을 70% 이상 줄이고 대상 편집의 정확성을 향상시킵니다."라고 말했습니다.
그들은 마우스 간에서 PCSK9 유전자를 표적으로 삼아 접근 방식을 테스트했습니다. PCSK9 유전자는 혈액 내 콜레스테롤 수치를 조절하는 데 도움이 되는 단백질을 생성하므로 인간에게 치료 효과가 있습니다. 그들은 라파마이신 활성화 분할 ABE를 AAV(아데노 관련 바이러스) 벡터에 포장하여 유전자의 단일 A●T 염기쌍을 G●C 염기쌍으로 전환할 수 있음을 발견했습니다. G●C에서 A●T 염기쌍으로의 돌연변이가 인간 유전 질환과 관련된 단일 지점 돌연변이의 거의 50%를 차지하기 때문에 이러한 전환은 특히 유용합니다.
해당 연구의 교신 저자인 Gao Xue는 "우리는 분할 게놈 편집 도구가 결국 인간 건강 관련 문제를 더 정확하게 해결하는 데 적용되기를 희망합니다"라고 말했습니다.
이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 저널에 게재됐다.