분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2014-08-11 08:17:14 , Hit : 1449
 암 연구를 위한 새로운 유전자 편집 기술

!http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014080234&service_code=03  
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-08-11    
      
새로운 유전자-편집 기술로 과학자들은 종양 발생에서 돌연변이의 기능을 더욱 신속하게 연구할 수 있게 되었다.

종양 세포의 게놈의 서열을 분석하여 수 천 개의 돌연변이가 암과 연관되어 있다는 것을 규명해 왔다. 이들 돌연변의 역할을 알아보기 위한 한 가지 방법은 유전적 결함을 가진 생쥐를 교배하는 것이지만 고비용이며 시간이 많이 필요하다. 이제 MIT 연구진이 그 대안을 찾아냈다. 그들은 CRISPR이라는 유전자 편집 시스템으로 암을 유발하는 돌연변이를 성체 생쥐의 간에 주입할 수 있게 됨에 따라 과학자들이 이들 돌연변이를 훨씬 더 빠르게 검사할 수 있을 것으로 보인다.

8월 6일 ‘Nature’에 게재된 연구에서 연구진은 성체 생쥐에서 종양 억제 유전자인 p53과 pten을 파괴하여 간 종양을 생산했다. 그들은 현재 필수적인 CRISPR 요서들을 다른 기관에 전달할 수 있는 방법을 강구하여 여러 암에서 발견되는 돌연변이를 연구하고 있다.

“인체 종양을 서열 분석하여 다른 조합에서 수백 개의 암 유전자 및 종양 억제 유전자를 규명했다. 이번 기술의 유연성은 향후 전달 방법이 더 개선된다면 여러 조합의 유전자들을 좀 더 신속하게 검사할 수 있게 될 것”이라고 이번 논문의 저자인 Phillip Sharp 교수는 말했다. MIT Koch 통합 암 연구소장인 Tyler Jacks와 생물학 교수인 David H가 이 논문의 교신 저자이다. 제1 저자는 Koch 연구소의 박사 후 연구원인 Wen Xue, Sidi Chen과 Hao Yin이다.

유전자 제거를 이용한 간 암 생쥐 모델 제작

CRISPR은 박테리아가 바이러스 감염에서 자신을 보호하는 세포 기전을 기본으로 하고 있다. 연구진은 이러한 박테라이 시스템을 복사하여 DNA-절단 효소인 Cas9를 짧은 RNA에 결합하는 유전자-편집 복합체를 포함하고 있으며 이 RNA 가닥은 Cas9라는 특정 게놈 서열에 결합하여 절단하도록 안내하는 역할을 한다. 일부 경우에 연구진은 단지 유전자 일부 가닥을 절단하여 유전자의 기능을 파괴했으며, 다른 경우에 DNA 주형 가닥을 주입하여 절단된 DNA를 새로운 서열로 도입하였다. 생쥐에서 암 모델을 만드는 과정에서 CRISPR이 유용하다는 것을 조사하기 위해 연구진은 먼저 p53과 pten이라는 세포 성장을 조절하여 암으로 되는 것을 막는 유전자를 제거하였다. 이전 연구에 의하면 이들 유전자의 돌연변이를 가진 유전자 조작 생쥐는 몇 개월 내에 암으로 발병하는 것으로 알려져 있다. 유전자 조작 생쥐를 이용한 연구로 여러 중요한 발견을 이루어 왔지만 이러한 과정은 돌연변이를 배아 줄기 세포에 도입해야 하는 과정으로 1년 이상이 소요되며 수 십만 달러의 비용이 들 수 있다. "이 과정은 매우 긴 과정이며 특히 연구하는 유전자가 많을수록 그 기간은 더 길어지고 더 복잡해진다"고 Jacks는 말했다. Cas 효소를 이용하여 p53과 pten을 절단하여 연구진은 간 세포 중 약 3%에서 이 두 유전자를 파괴할 수 있었으며 이를 통해 3개월 내에 간 종양을 만들 수 있었다.

그 외 여러 모델의 제작 가능성

연구진은 또한 CRISPR을 이용하여 베타 카테닌이라는 암 유전자를 가진 생쥐 모델을 제작했다. 베타 카테닌은 추가적인 돌연변이가 일어날 경우 세포가 악성이 되도록 하는 기능을 가지고 있다. 이러한 모델을 제작하기 위해 연구진은 정상의 유전자를 잘라내고 그 자리에 과도한 활성을 가진 형태로 대체하였으며 이는 약 0.5%의 간 세포에서 효과가 나타났다.

"유전자를 제거하는 것뿐만 아니라, 변형된 형태의 유전자로 대체할 수 있는 기능으로 향후 돌연변이로 제작하고 싶은 여러 유전자들로 이러한 모델을 제작할 수 있을 것이다. 두 유전자의 제거 및 획득 기능을 확인할 수도 있다"고 Jacks는 말했다. CRISPR을 사용하여 종양을 제작하면 과학자들은 좀 더 신속하게 각기 다른 유전자의 돌연변이가 어떻게 서로 결합하여 암을 형성하는지뿐만 아니라 특정 유전자 프로파일을 가진 종양에 약물의 잠재적 효과를 연구할 수 있다. "이것은 인체 암을 설계하여 제작하는 게임 변환기와 같다. CRISPR/Cas9는 성체 생쥐의 유전자 기능을 완전히 제거할 수 있는 기술을 제공한다. 이러한 강력한 기술의 향상된 잠재력은 좋은 전달 방법, 여러 기관 및 조직에서의 CRSPR/Cas9의 시험과 종양 취약 환경에서 CRISPR/Cas9의 사용과 함께 현실화 될 것"이라고 이번 연구와 무관한 텍사스대 MD 앤더슨 암센터장인 Ronald DePinho는 말했다.

이번 연구에서 연구진은 생쥐 꼬리 정맥을 통해 CRISPR에 필요한 유전자를 전달하였다. 이것은 유전 물질을 간에 전달하는 효과적인 방법이지만 다른 기관에서는 작동하지 않는다. 그러나 나노입자와 여러 전달 방법이 DNA와 RNA에 대해 개발 중에 있어 향후 다른 기관을 표적으로 하는 것도 더 효과적일 것이라고 Sharp는 말한다.


http://newsoffice.mit.edu/2014/new-technique-to-model-cancer-0806







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