국내 연구진이 유전자가위 기술*로 생쥐 유전자의 단백질 생성기능을 없애는데(knockout) 성공하여, 생체 내 유전자의 기능 연구나 질환동물모델 개발을 혁신적으로 가속화시킬 수 있게 되었으며, 이들이 필수적으로 사용되는 신약개발 및 질병연구에 새로운 가능성을 열었다. [부연설명: 질환동물모델이 있어야 사람에 적용하기 전에 신약후보물질의 약효와 안전성을 테스트할 수 있습니다. 또한 질병의 원인 유전자 기능을 확인해야 새로운 치료제를 개발할 수 있습니다.]

  연세대 이한웅 교수(연세대 생화학과)와 서울대 김진수 교수(서울대 화학과)와의 공동연구로 진행된 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 미래기반기술개발사업(유전자변형 마우스 기반구축사업), 중견연구자지원사업(도약연구), 일반연구자지원사업(모험연구), 리더연구자지원사업(창의적 연구), 그리고 보건복지부(장관 임채민) 선도형 특성화연구사업의 지원으로 수행되었고, 세계 최고 권위의 과학전문지 '네이처'의 자매지인 'Nature Biotechnology (IF=23)' 최신호(1월 10일자)에 발표되었다.

(논문명: Knockout mice created by TALEN-mediated gene targeting)

  이한웅, 김진수 교수 연구팀은 유전자가위 기술(탈렌)로 생쥐의 특정 유전자에 돌연변이를 일으켜 단백질을 만들어내지 못하도록 하는데 성공하였다. 

  유전자가위(engineered nuclease)는 특정 DNA 염기서열을 인식해 절단하는 인공 효소로서, 사람을 비롯한 동식물 세포의 어떤 유전자라도 돌연변이를 교정하거나 특정 유전자를 녹아웃하는데 사용된다. 유전자가위에는 징크핑커 뉴클레아제*와 탈렌(탈·이펙터 뉴클레아제)등 두 종류가 있다.

* 징크핑거 뉴클레아제(ZFN)와 탈·이펙터 뉴클레아제(탈렌, TALEN): 징크핑거와 탈·이펙터는 모두 특정 DNA 염기서열을 인식할 수 있는 인위적인 단백질로 여기에 DNA를 자를 수 있는 효소인 뉴클리아제를 연결하여 원하는 유전자를 마음대로 자를 수 있음. 최근의 연구는 탈렌이 징크핑거 뉴클레아제에 비해 효율과 안전성 면에서 장점이 있음을 보여주고 있음.

  배아줄기세포를 이용하는 기존의 녹아웃 기술(2007년 노벨생리학상 수여 분야)로 녹아웃 생쥐를 만들기 위해서는 유전자변형 배아줄기세포주의 확립, 이를 이용한 키메라의 제조 및 교배를 통한 2세대로의 유전자변형 전달 확인 등 복잡하고 비효율적인 과정을 통해 대략 1~2년의 기간이 필요했다. 그러나 연구팀의 유전자가위 기술은 줄기세포를 사용하지 않고 수정란에 직접 주입하기 때문에 6개월 이내에 녹아웃 생쥐를 만들 수 있다. [부연설명: 인간배아줄기세포의 경우에는 일부 종교에서 윤리적 문제를 제기하기는 합니다만 생쥐 배아줄기세포 사용에 따르는 윤리적인 문제는 전혀 없습니다.]

  연구팀은 특정 유전자(본 연구에서는 Pibf1과 Sepw1를 모델로 사용하였음.)의 염기서열만을 인식할 수 있는 탈렌을 각각 제작한 후, 생쥐의 세포주와 수정란에 직접 주입하였다. 그 결과 해당 유전자 부분에만 정상 쥐의 유전자와는 다른 변이가 발생했고, 그 쥐들로부터 다시 교배되어 얻은 후손들에게 변이된 유전자가 안정적으로 유전되는 것을 확인하였다. 따라서 탈렌은 우리가 원하는 특정 유전자만 녹아웃된 동물모델을 만드는데 매우 효율적이고 유용한 방법이라고 할 수 있다.

  이한웅, 김진수 교수는 "유전자가위 기술은 유전자의 염기서열을 교정하거나 특정 유전자를 녹아웃하는 등 최근 과학자들이 주목하는 신기술이다. 향후 이 기술을 통해 기존에 국제 녹아웃 콘소시엄에서 그 생산이 제한되었던 녹아웃 생쥐 생산을 획기적으로 향상시켜 의생명 분야의 연구를 가속화하는데 크게 기여할 것으로 기대한다."고 연구의의를 밝혔다.