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미토콘드리아 DNA 특정 서열 유전자 교정을 통한 마우스 모델 제작에 국내 연구진 성공!

국내 연구팀이 세계 최초로 미토콘드리아 DNA의 특정 서열에서 아데닌(A) 염기를 구아닌(G)으로 변형한 마우스 모델을 제작하는 데에 성공하였습니다. 이 모델은 모계로 유전되는 미토콘드리아 질환의 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대되었습니다.

고려대 의대 융합의학교실의 이현지 교수 연구팀은 엣진 연구팀과 협력하여 동물 모델에서 A-to-G 유전자 교정에 성공하였으며, 이번 연구결과는 국제학술지 셀에 발표되었습니다.

미토콘드리아는 세포 속 에너지 공급원으로 작용하는데, 내부에는 DNA가 존재합니다. 만약 이 DNA의 서열이 잘못된다면 미토콘드리아의 기능이 저하되어 뇌, 신경, 근육 등 다양한 질환이 발생할 수 있습니다. 이러한 유전적 결함은 모계로 유전되기 때문에 엄마의 유전적 변이 등이 아이에게 유전돼 질환이 나타날 수 있습니다.

크리스퍼 유전자 가위 기술은 DNA 교정에 사용되지만, 특정 DNA 서열을 인식하는 가이드 RNA가 미토콘드리아 내부로 진입하기 어려워 미토콘드리아 DNA의 교정은 어렵습니다.

이에 대한 대안으로, 미토콘드리아 DNA 염기 중 아데닌(A)을 구아닌(G)으로 교정하는 TALEN (transcription activator-like effector nuclease) 기술과 시토신(C)을 티민(T)으로 교정하는 DdCBE (DNA deaminase base editor) 효소 등이 개발되었습니다. 이 중 DdCBE는 이미 마우스 모델 제작에 성공한 사례가 있었지만, 아직 TALED를 사용하여 동물실험에 성공한 사례는 보고되지 않았습니다.

연구진은 기존에 개발된 TALED 기술이 세포 내에서 불규칙한 유전자 변이를 유발하는 것을 확인하였습니다. 이로 인해 TALED를 생쥐의 수정란에 주입하여도 배아 발달이 올바르게 진행되지 않는 것으로 나타났습니다. 따라서 미토콘드리아 DNA 교정에 있어 TALED의 활용은 아직 어렵다는 결론을 내렸습니다.

이번 연구결과는 미토콘드리아 질환의 유전자 치료에 대한 새로운 방향성을 제시하고, 앞으로의 연구에서 미토콘드리아 질환에 대한 효과적인 치료법 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대됩니다.

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