RNA로 지정해 사람 유전체 93만 염기 통째로 뒤집었다
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크리스퍼(CRISPR)는 DNA를 자르는 데 능하지만, 큰 조각을 원하는 자리에 끼워 넣거나 염색체 덩어리를 뒤집는 작업은 어렵다. 미국 아크 연구소와 UC버클리, 도쿄대 연구진은 사이언스(Science)에 RNA 안내로 DNA를 이어 붙이는 '브리지 재조합효소(bridge recombinase)'를 사람 유전체용으로 개량한 결과를 보고했다.
효소와 안내 RNA를 동시에 개량
연구진은 세균 이동성 원소에서 유래한 동족 효소 ISCro4를 찾아내 안내 RNA(브리지 RNA)를 합리적으로 재설계하고, 효소 자체는 심층 돌연변이 스캐닝(deep mutational scanning)으로 변이체를 대량 평가해 성능을 끌어올렸다. 그 결과 사람 유전체에 DNA를 끼워 넣는 효율이 최대 20%, 유전체 전체에서 의도한 표적에 작용한 비율(특이성)은 최대 82%까지 올라갔다.
나아가 같은 염색체 안에서 최대 93만 염기쌍(0.93메가베이스) 구간을 뒤집거나 잘라내는 데 성공했고, 플라스미드에서는 질병과 연관된 조절 영역이나 반복서열 확장 구간을 제거하는 개념 검증도 했다.
한계
배양 세포와 플라스미드 수준의 기초 연구로, 사람 치료에 쓰인 단계가 아니다. 삽입 효율 20%와 특이성 82%는 최적 조건의 상한값이며, 의도하지 않은 재배열 위험과 체내 전달 문제는 남아 있다.
Key Points
- 세균 유래 ISCro4 브리지 재조합효소를 사람 유전체용으로 재설계
- 삽입 효율 최대 20%, 유전체 전체 특이성 최대 82%
- 같은 염색체 내 최대 0.93메가베이스 구간의 역위·결실 구현
한계 배양 세포·플라스미드 수준의 기초 연구이며, 제시된 효율·특이성은 최적 조건의 상한값이다.
Original Research:
- Perry NT, Bartie LJ, Katrekar D, … Hsu PD · Arc Institute·UC Berkeley (미국), The University of Tokyo (일본). Megabase-scale human genome rearrangement with programmable bridge recombinases. Science. DOI: 10.1126/science.adz0276
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