분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2014-10-02 13:31:56 , Hit : 1539
 신약 개발을 위한 Cas9 동물 모델의 개발

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014090951&service_code=03  
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-10-02    
      
미국 MIT Broad Institute의 과학자들이 생체 내 유전자 편집 기술인 CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)-Cas9 시스템이 적용되는 새로운 마우스 모델을 개발했다고 한다. 연구팀은 이 새로운 마우스 모델을 이용하여 여러 형태의 세포에서 다중 유전자를 편집하거나, 가장 위중한 형태의 암인 폐 선암종에 대한 다중 돌연변이도 유발시킬 수 있었다고 한다. 이 마우스 모델은 이미 과학계에서 많이 알려져서 10여 곳의 연구 기관의 과학자들이 이미 이용하고 있는 상황이다. 이 새로운 마우스 모델과 종양 연구에 대한 적용 결과는 ‘Cell’ 최신호에 발표되었다.

최근의 유전학 연구에서 수천 종의 유전자와 여러 질병 사이의 관련성이 보고되었다. 그러나 특정 유전자가 질병 발달에서 핵심적인 역할을 한다는 것을 입증하기 위해서는 연구자들이 해당 유전자를 켜거나, 끄거나, 바꾸는 조작을 실시하여 영향을 확인해야 한다. CRISPR-Cas9 유전체 편집 시스템은 유전체에서 이러한 조작을 하는데 가장 많이 이용되는 방법이다. 이 기술은 배양된 세포주에서 돌연변이의 영향을 시험하는데 많이 이용되고 있다. 그러나 이번에 연구팀은 실제로 생물학적 시스템에서 유전자 기능을 연구하는데, 이 시스템을 이용할 수 있게 만든 것이다.

세균의 면역계 연구에서 발견된 CRISPR에는 박테리오파지(bacteriophage: 세균에 감염되어서 세균을 폭파시키는 바이러스의 일종)에 대항하기 위한 세균의 여러 단백질들이 포함되어 있다. 이들 단백질 중에서 Cas9는 DNA 절단 효소이다. Cas9를 특정 표적 배열에 상보적인 RNA에 연결시킴으로써 해당 표적 유전자만을 선택적으로 절단시켜서 해당 유전자의 발현을 막을 수 있다고 한다. 그러나 지금까지 Cas9 효소를 생체 내로 전달하는데 몇 가지 문제점이 존재했다고 한다.

MIT Feng Zhang 교수의 지도 하에 이번 연구를 주도한 대학원생인 Randall Platt은 “마우스에 Cas9 유전자를 도입시킴으로써 우리는 전달 문제를 개선시킬 수 있었다. 이러한 조작이 바이러스나 나노입자 등에 의한 추가적인 요소의 전달을 위한 공간도 확보시켜 줌으로써 동시에 여러 유전자에 돌연변이를 발생시키거나 DNA 서열에서 아주 정밀한 변화도 발생시킬 수 있게 해 주었다”고 설명했다. 이번 연구에는 MIT Koch Institute for Integrative Cancer Research의 Sidi Chen 박사도 논문의 공동 주저자로 참여했다.

여러 유전자를 동시에 교란하는 능력은 암과 같은 복잡한 질환의 연구에서 특히 유용하다고 한다. 암의 경우에는 하나 이상의 돌연변이가 질병이 진행되는데 핵심적인 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 이번에 연구팀은 CRISPR-Cas9 유전체 편집 시스템을 활용하여 KRAS, p53, LKB1의 3종의 유전자 유전자 돌연변이를 보유한 마우스 폐 선암종 모델을 제조했다고 한다. 이전에 과학자들은 각각의 동물들에 유전자 하나씩을 기능 결실 또는 돌연변이를 유발시킨 후에 이들을 교배시켜서 2개 이상의 돌연변이를 모두 보유하는 동물 모델을 제조했다. 그러나 이러한 과정에는 어려움이 많고 시간도 많이 소요되었다. Zhang 교수는 “Cas9 마우스 모델은 생체에서 다중 유전자의 교란을 더욱 쉽게 만들 수 있게 해주었다. 이 마우스 모델의 개발 목표는 동 분야의 과학자들이 질병이나 정상적인 생물학적 경로에 관련된 유전자들을 보다 신속하게 선별하는데 도움을 주는 것”이라고 밝혔다. 또한 같은 방식으로 면역학, 신경과학의 연구에 대한 마우스 모델도 개발할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이번 논문에 참여한 과학자들은 Cas9 마우스 모델에서 실험용으로 이용할 수 있는 세포들을 추출할 수 있음도 발견했다. 이 Cas9 발현 세포는 마우스에서 분리되고 시간이 경과한 면역 수지상 세포도 편집하는 능력이 있는 것으로 나타났다. 이는 과학자들이 이들 세포를 이용하여 보다 다양한 연구를 진행할 수 있음을 가리키고 있다. 연구팀의 일원인 Aviv Regev 교수는 “유전자 조작은 복잡한 생체내 회로를 조사하기 위한 매우 중요한 도구이다. 이러한 점에서 Cas9 마우스는 우리의 연구 효율을 높이는데 큰 도움이 된다”고 밝혔다. Cas9 마우스 모델은 Jackson Laboratory에 기탁되어 있으며 과학계에서 요청을 하면 분양 받을 수 있다고 한다.

Journal Reference: Randall J. Platt, Sidi Chen, Yang Zhou, Michael J. Yim, Lukasz Swiech, Hannah R. Kempton, James E. Dahlman, Oren Parnas, Thomas M. Eisenhaure, Marko Jovanovic, Daniel B. Graham, Siddharth Jhunjhunwala, Matthias Heidenreich, Ramnik J. Xavier, Robert Langer, Daniel G. Anderson, Nir Hacohen, Aviv Regev, Guoping Feng, Phillip A. Sharp, Feng Zhang. CRISPR-Cas9 Knockin Mice for Genome Editing and Cancer Modeling. Cell, 2014; DOI: 10.1016/j.cell.2014.09.014


http://www.sciencedaily.com/releases/2014/09/140925132835.htm







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