DNA에 원하는 상처 '콕'…UNIST, 유전자 복구 기술 개발

긴 DNA에도 적용 가능…"손상 삽입 시간·비용 줄인다"

[울산=뉴시스] 유전자 가위로 DNA 한 가닥의 짧은 구간을 잘라내고, 손상이 포함된 합성 DNA 조각(노란색) 으로 교체하는 과정을 표현한 생성형 AI 제작 이미지 (사진=UNIST 제공) [email protected] *재판매 및 DB 금지

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 국내 연구팀이 유전자 가위를 활용해 DNA의 원하는 위치에 특정 손상을 삽입하는 기술을 개발했다. DNA 손상 복구 과정을 보다 효율적으로 관찰할 수 있어 암과 노화 등 질병의 발생 원리를 규명하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST) 생명과학과 이자일 교수팀은 DNA의 특정 위치에 원하는 형태의 손상을 삽입하는 기술인 'CGRID(CRISPR-mediated Gap-based Replacement for Insertion of DNA damage)'를 개발했다고 29일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 'Nucleic Acids Research'에 10월 28일 게재됐다.

DNA는 세포의 정상적인 활동 과정에서 지속적으로 손상된다. 인체는 복구 단백질을 이용해 이를 수선하지만, 복구 기능에 문제가 생겨 손상이 축적되면 암이나 노화 등으로 이어질 수 있다. DNA 손상 복구 원리를 밝히려면 손상의 종류와 위치를 정밀하게 조절하고, 복구 단백질의 반응을 관찰하는 과정이 필요하다.

CGRID는 DNA 한 가닥만 자르는 유전자 가위 효소인 'Cas9 nickase' 두 개를 이용해 특정 구간을 제거한 뒤, 해당 부위를 원하는 손상이 포함된 합성 DNA 조각으로 교체하는 방식이다. 기존에는 손상을 포함한 긴 DNA를 직접 합성하거나 여러 조각을 연결해야 해 시간과 비용이 많이 들고, 손상 삽입 위치에도 제약이 있었다. 반면 CGRID는 긴 DNA의 일부 구간만 교체해 이러한 부담을 줄일 수 있다.

연구팀은 약 1000 염기쌍 길이의 DNA에서 약 90%의 삽입 효율을 확인했으며, 약 4만 8500 염기쌍에 달하는 긴 DNA에서도 원하는 위치에 손상을 삽입하는 데 성공했다. 또한 염기 하나가 빠진 손상을 복구하는 단백질 APE1의 움직임을 관찰하고, DNA 이중가닥 절단 부위와 유사한 구조에 복구 단백질 Ku70/80이 결합하는 것도 확인했다.

[울산=뉴시스] 사진 왼쪽부터 이자일 교수, 김영서 연구원, 안소영 연구원. (사진=UNIST 제공) [email protected] *재판매 및 DB 금지

DNA가 히스톤 단백질에 감긴 상태에서 손상 복구가 어떻게 달라지는지도 살펴봤다. DNA 손상 부위가 바깥으로 노출됐을 때와 히스톤에 가려졌을 때를 비교한 결과, 손상의 위치와 방향에 따라 APE1의 손상 인식 효율이 달라지는 것으로 나타났다.

연구팀은 CGRID가 다양한 DNA 손상과 복구 단백질의 상호작용을 연구하는 데 활용될 것으로 보고 있다. 특히 DNA 손상이 어떤 조건에서 제대로 복구되지 않는지 분석해 암과 노화 관련 연구의 효율을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

이자일 교수는 "기존에는 연구자가 원하는 손상을 특정 위치에 삽입하는 작업 자체가 시간과 비용 측면에서 연구의 병목이었다"며 "CGRID를 활용하면 DNA 손상에 따른 복구 효율의 차이를 분석해 손상이 제대로 복구되지 않는 원리를 밝히는 데 도움이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구에는 UNIST 생명과학과 김영서·안소영 연구원이 공동 제1저자로 참여했다. 연구는 한국연구재단의 개인기초 중견연구, 개척연구과제, 박사과정장려금사업과 기초과학연구원(IBS)의 지원을 받아 수행됐다.


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