암과 노화 메커니즘을 밝혀내기 위해 유전자 가위로 일부러 DNA를 손상시키는 기술이 나왔다.
울산과학기술원(UNIST) 생명과학과 연구팀은 유전자 가위를 이용해 DNA의 특정 위치에 원하는 손상을 가할 수 있는 기술인 ‘CGRID’를 개발했다고 29일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘핵산연구’ 10월 28일 자에 실렸다.
국내 연구팀이 노화와 암의 발생 과정을 연구하기 위해 유전자 가위기술로 원하는 부위의 DNA만 손상시키는 방법을 개발했다.
서울신문 DB
사람 세포 1개에서는 하루에만 수만 건의 DNA 손상이 발생한다. 인체는 이런 손상을 고치는 복구 단백질이 있지만 이 단백질이 제대로 작동하지 못해 손상이 축적되면 노화나 암 같은 질병으로 이어질 수 있다.
연구팀은 이런 손상 복구 단백질들의 활동을 살펴보기 위해 DNA의 원하는 위치에 다양한 종류의 손상을 삽입하는 기술을 개발했다. DNA는 염기 분자들이 늘어선 긴 실 두 가닥이 꽈배기처럼 꼬여 있는 이중나선 구조로 단순히 염기 하나가 빠지거나 변형되는 것부터 한 가닥 또는 두 가닥 모두 끊어지는 손상이 발생할 수 있다.
지금까지는 DNA에 손상을 삽입하기 위해서 손상을 포함한 DNA 전체를 합성하거나 여러 조각을 이어 붙이는 과정이 필요했다. 문제는 DNA가 길어질수록 제작 과정이 복잡하고 시간과 비용이 늘어났으며 방법에 따라 손상을 넣을 수 있는 위치도 제한됐다. CGRID로 이름 붙여진 이번 기술은 DNA 한 가닥만 자르는 유전자 가위 효소 두 개로 특정 구간을 제거한 뒤 이 구간을 원하는 형태의 손상을 포함한 합성 DNA 조각으로 교체하는 방식이다. 특히 긴 DNA 가닥 중 원하는 구간을 손상을 포함한 짧은 DNA로 교체하는 방법으로 기존 방식의 단점을 없앨 수 있다.
연구팀은 이 기술로 약 1000 염기쌍 길이 DNA에서 약 90%의 삽입 효율을 달성했으며 약 4만 8500 염기쌍의 긴 DNA에서도 원하는 위치에 손상을 삽입하는 데 성공했다. 실제로 긴 DNA에 염기 하나가 빠진 손상을 넣고 이를 복구하는 단백질 ‘APE1’이 이를 찾아가는 움직임을 관찰했다. 또 끊어진 두 가닥 DNA의 끝부분을 본뜬 구조를 넣은 실험에서도 복구 단백질 ‘Ku70/80’가 결합하는 것을 확인했다.
CGRID를 활용해 손상된 DNA가 히스톤에 감긴 상태에서 일어나는 복구 과정의 차이점도 쉽게 연구할 수 있다. DNA는 평상시 히스톤이라는 단백질에 실처럼 감겨 있다. CGRID 기술로 손상을 넣은 DNA를 히스톤에 감으면, 손상 부위가 바깥으로 드러났을 때와 히스톤 쪽으로 가려졌을 때 복구 단백질의 반응이 어떻게 달라지는지 비교할 수 있다. 연구팀은 손상의 위치와 방향에 따라 APE1이 손상을 인식하는 효율이 달라지는 것을 밝혔다.
연구를 이끈 이자일 교수는 “기존에는 연구자가 보고 싶은 손상을 원하는 자리에 삽입하는 일 자체가 시간과 비용 측면에서 쉽지 않았다”며 “이번에 개발한 CGRID 기술을 이용하면 DNA가 특정 손상을 입었을 때 복구가 잘되거나 어려워지는지 살펴볼 수 있어 암과 노화로 이어지는 DNA 손상이 왜 제대로 복구되지 않는지 밝히는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.
