아데닌 염기 만 바꾸 는 염기 교정 가위 의 정확 성 밝혔 다 - 닥터 더블유 
 아데닌 염기 만 바꾸 는 염기 교정 가위 의 정확 성 밝혔 다 IBS , 절단 유전체 시퀀싱 기법 활용 
 승인 2019 . 03 . 05 13 : 34 : 06 
 3 세대 크리스퍼 유전자 가 위 의 경우 가이드 RNA ( Guide RNA ) 가 표적 DNA 에 결합 하 면 절단 효소 Cas 9 이 DNA 두 가닥 모두 를 절단 한다 . 
 2016 년 에 학계 에 보 고 된 시토신 탈 아미노 효소 ( cytidine deaminase ) 가 융합 된 시토신 염기 교정 유전자 가 위 ( 위 ) 는 DNA 서열 중 시토신 ( C ) 만 찾 아 티민 ( T ) 으로 교체 할 수 있 다 . 2017 년 발표 된 아데닌 염기 교정 유전자 가 위 ( 아래 ) 는 아데닌 탈 아미노 효소 ( cytitdine deaminase ) 가 융합 돼 서열 중 아데닌 ( A ) 만 찾 아 구아닌 ( G ) 로 교체 할 수 있 다 . 
 가이드 RNA 가 표적 DNA 에 결합 하 고 Cas 9 이 DNA 의 한 가닥 만 자르 고 나 면 그 사이 에 탈 아미노 효소 가 표적 DNA 에서 아데닌 ( A ) 을 가수 분해 하 고 , DNA 복구 과정 에서 이노신 ( I , 세포 내 에서 시토신 ( C ) 과 결합 ) 이 구아닌 ( G ) 으로 변형 되 는 원리 다 . 
 ▲ 아데닌 염기 교정 유전자 가 위 절단 유전체 시퀀싱 기법 적용 과정 
 연구 진 은 아데닌 염기 교정 유전자 가 위 의 정확 성 을 측정 하 고자 절단 유전체 시퀀싱 ( ( Digenome - seq ) 기법 을 이용 했 다 . 기존 절단 유전체 시퀀싱 기법 은 DNA 두 가닥 절단 이 유도 돼야 했 다 . 
 아데닌 염기 교정 가위 의 경우 는 한 가닥 만 자르 는 원리 라 Endo V ( Endonuclease V : 이노신 특이 적 절단 시약 ) 효소 를 사용 했 다 . 아데닌 염기 교정 가위 가 DNA 한 가닥 을 자르 고 다른 가닥 의 아데닌 ( A ) 을 이노신 ( I ) 으로 바꾸 면 , Endo V 효소 가 잘리 지 않 은 가닥 의 이노신 ( I ) 을 절단 해 DNA 두 가닥 절단 상태 가 유지 된다 . 
 연 구진 은 이 방법 을 활용 해 절단 유전체 시퀀싱 기법 을 진행 한 뒤 전체 유전체 시퀀싱 기법 ( Whole genome sequencing ) 으로 아데닌 염기 교정 가위 의 정확 성 을 측정 하 는 데 성공 했 다 . 
 ▲ 아데닌 염기 교정 유전자 가 위 의 정확 성 증대 방법 
 변형 된 절단 유전체 시퀀싱 ( Digenome - seq ) 기법 을 활용 해 아데닌 염기 교정 유전자 가 위 의 표적 위치 와 비표 적 위치 를 찾 은 이후 정확 성 을 높일 수 있 는 방법 들 을 적용 했 다 . 
 가이드 RNA 의 말단 에 구아닌 염기 가 추가 된 아데닌 염기 교정 유전자 가위 , Sniper - 아데닌 염기 교정 유전자 가위 를 기존 아데닌 염기 교정 유전자 가위 와 비교 했 다 . 
 그 결과 가이드 RNA 의 말단 에 구아닌 염기 가 추가 한 경우 , Sniper 아데닌 염기 교정 유전자 가위 를 사용 하 였을 경우 그리고 Sniper 아데닌 염기 교정 유전자 가위 에 가이드 RNA 의 말단 에 구아닌 염기 를 추가 한 경우 모두 모두 정확 성 이 증대 되 는 것 을 확인 할 수 있 었 다 . 
 최신 유전자 교정기 법인 염기 교정 가위 ( Base Editor ) 를 한 단계 더 발전 시킬 방법 이 나왔 다 . 
 기초 과학 연구원 ( IBS , 원장 김두철 ) 유전체 교정 연구 단 은 DNA 염기 중 아데닌 염기 만 바꾸 는 ‘ 아데닌 염기 교정 유전자 가 위 ( Adenine Base Editor , 이하 아데닌 염기 교정 가위 ) ’ 의 정확 성 을 규명 하 고 , 이 를 증대 시킬 방법 을 국제 학술지 네이처 바이오테크놀로지 ( Nature Biotechnology ) 에 소개 했 다 . 
 생명체 에 관한 모든 정보 를 담 은 DNA 는 네 개 의 염기 가 서로 쌍 ( 아데닌 ( A ) - 티민 ( T ) , 시토신 ( C ) - 구아닌 ( G ) ) 을 이뤄 만든 서열 로 구성 돼 있 다 . 
 염기 교정 가위 는 단일 염기 하나 만 을 바꿀 수 있 는 인공 제한 효소 로 2017 년 학계 에 보 고 된 아데닌 염기 교정 가위 는 아데닌 ( A ) 을 구아닌 ( G ) 으로 바꿀 수 있 다 . 
 염기 교정 가위 는 난치성 유전 질환 연구 와 치료 에 진전 을 가져올 도구 로 주목 받 고 있 다 . 대부분 의 유전 질환 이 단일 염기 의 문제 로 발생 하 기 때문 에 발병 기전 이나 치료법 개발 에 큰 도움 이 될 것 으로 기대 되 나 유전자 교정기 법 으로 활용 되 려면 정확 성 규명 이 선행 돼야만 한다 . 표적 위치 에서 정확 하 게 작동 하 는지 , 의도 치 않 은 곳 에서 오작동 하 지 않 는지 확인 하 고 , 정확 성 을 개선 하 는 연구 가 뒷받침 돼야 한다 . 
 IBS 연구 진 은 인간 유전체 DNA 에 유전자 가 위 를 처리 한 뒤 처리 전 과 후 를 비교 하 는 절단 유전체 시퀀싱 ( Digenome - seq ) 기법 을 변형 해 정확 성 을 파악 했 다 . 
 기존 에 는 DNA 두 가닥 절단 이 유도 돼야 했 기 에 이번 연구 에서 는 한 가닥 만 자르 는 염기 교정 가위 에서 도 작동 할 수 있 도록 특정 효소 ( Endo V , 이노신 특이 적 절단 시약 ) 를 추가 했 다 . 실험 결과 아데닌 염기 교정 가위 는 인간 유전체 32 억 개 중 평균 60 곳 에 만 변이 를 일으키 는 것 을 확인 할 수 있 었 다 . 
 더 나아가 연 구진 은 아데닌 염기 교정 가위 의 정확 성 을 높이 는 방법 을 다양 하 게 제시 했 다 . 먼저 , 교정 할 염기 를 찾아가 는 가이드 RNA 말단 에 구아닌 염기 를 추가 해 길이 를 조절 하 는 방식 은 표적 위치 에서 작동 효율 을 높이 고 오작동 할 확률 을 낮출 수 있 다고 소개 했 다 . 정확 성 이 높 다고 알려진 Sniper 유전자 가 위 로 아데닌 염기 교정 가위 를 만들 면 오작동 확률 을 줄일 수 있 다 . 아데닌 염기 교정 가위 를 DNA ( Plasmid DNA ) 에 싣 지 않 고 탈 아미노 효소 와 가이드 RNA 를 혼합 한 형태 로 세포 에 직접 전달 하 는 방식 도 정확도 를 향상 시켜 표적 위치 만 자를 수 있 음 을 입증 했 다 . 
 연 구진 은 “ 염기 교정 가위 의 정확 성 이 입증 된 만큼 앞 으로 이 를 활용 해 단일 염기 변이 를 유도 하 거나 교정 해야 하 는 유전자 및 줄기세포 치료제 개발 , 고부 가 가치 농축산물 품종 개량 등 에 널리 활용 될 것 으로 기대 된다 ” 고 말 했 다 . 
 이번 연구 는 생명 공학 분야 학술지 ‘ 네이처 바이오테크놀로지 ’( Nature Biotechnology , IF 35 . 724 ) 에 3 월 5 일 새벽 1 시 ( 한국 시간 ) 논 문명 ‘ Digenome - seq reveals genome - wide target specificity of CRISPR RNA - guided adenine base editors ’, Daesik Kim , Da - eun Kim , Gyeorae Lee , Sung - Ik Cho , and Jin - Soo Kim 등 으로 게재 됐 다 . 
 IBS 유전체 교정 연구 단 은 2018 년 4 월 아데닌 염기 교정 유전자 가 위 로 동물 의 특정 유전자 염기 를 바꾸 는데 성공 해 같 은 학술지 에 연구 성과 를 게재 한 바 있 다 . 2015 년 자체 개발 한 분석법 ( Digenome - seq ) 을 통해 3 세대 유전자 가 위인 크리스퍼 Cas 9 과 크리스퍼 Cpf 1 은 물론 시토신 ( C ) 을 티민 ( T ) 으로 바꾸 는 시토신 염기 교정 가위 의 정확 성 도 규명 해 학계 에 보 고 한 바 있 다 .