[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 국내 연구진이 크리스퍼(CRISPR) 기반 유전자 교정기술의 핵심 단백질 중 하나인 ‘Cas12a’의 DNA 표적 탐색·절단 메커니즘을 규명했다.

24일 광주과학기술원(GIST)에 따르면 이 대학 고등광기술연구소(APRI) 이상화 박사 연구팀은 한국과학기술연구원(KIST) 테라그노시스연구단 정철현 박사, 한양대 화학과 배상수 교수팀과의 공동 연구에서 단일분자 형광 이미징 기술을 이용해 Cas12a의 기능을 실시간으로 관찰하는 데 성공했다.

이번 연구결과는 네이처 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 7월17일자 온라인판에 게재됐다.

크리스퍼 유전자 가위를 이용한 유전자 교정기술은 유전자 치료, 새로운 식물 육종 개발 등 다양한 분야에 폭넓게 이용되고 빠르게 발전하고 있다. 대표적으로 Cas9 유전자 가위가 사용되고 있다.

'Cas12a 단백질'의 DNA 표적 탐색 및 절단 메커니즘 모식도

하지만 일반적으로 크리스퍼 유전자 가위는 표적 DNA와 유사한 염기서열을 가진 DNA까지도 자르는 표적이탈효과(off-target)와 전체 유전체 내 작동 가능한 표적이 제한되는 문제 등이 한계로 지적돼 왔다.

이런 기술적 한계를 극복하기 위해 최근에는 다양한 변종 단백질을 발굴, 개발해 유전자 교정기술을 향상하기 위해 노력하고 있다.

그 중에서도 Cas12a 단백질은 Cas9에 비해 표적 특이성이 높다고 알려져 있어 크게 각광받고 있다.

이런 이유로 Cas12a의 상대적으로 높은 표적 특이성을 이해하고 향상된 유전자 가위를 개발하기 위해서는 Cas12a의 표적 탐색 및 절단 메커니즘을 규명하는 연구가 필요하다.

이상화 박사팀은 이번 연구에서 Cas12a 단백질이 긴 DNA 상에서 1차원 확산 운동을 통해 특정 표적을 탐색하는 사실을 확인했다.

또 표적 DNA와 만나 안정된 결합을 한 후에 비표적 가닥과 표적 가닥 순서로 시간 차를 두고 순차적으로 절단한다는 사실을 세계 최초로 규명했다.

이 박사는 “Cas12a 단백질의 표적 탐색·절단 메커니즘 관측 연구를 통해 Cas9과 구별되는 Cas12a 단백질의 분자 기전을 제시할 수 있게 됐다”며 “크리스퍼 유전자 교정기술의 향상에 밑거름이 될 것”이라고 연구의를 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업, 보건복지부 암정복추진 연구개발사업, 농촌진흥청 차세대 바이오그린 21사업, GIST 개발과제, KIST 기관고유사업 등의 지원을 받았다.

kimys@newspim.com