국내 연구진, 유전자가위로 살아 있는 세포 DNA 추적

(위) Split GFP(형광표지자)와 SunTag을 조합하여 배경 신호를 없앤 CRISPR 시스템을 구축. (아래 왼쪽) 이 CRISPR 시스템을 이용하여 세포 핵 (점선) 내에서 특정 크로마틴 영역들을 추적한 동선(trajectory)들. (아래 오른쪽) 크로마틴의 확산 움직임을 분석하여 제한된 확산 (sub-diffusion)과 능동적 확산 (super-diffusion)으로 특징을 나눌 수 있다. [자료 UNIST]

유전자 가위 기술로 세포 속 유전자의 움직임을 추적하는 새로운 방법이 개발됐다. 향후 암과 같은 유전체 질병에 대한 새로운 바이오마커를 발굴하고, 이를 질병의 진단과 치료에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

UNIST는 김하진 바이오메디컬공학과 교수팀이 유전자 가위 기술을 응용해 세포 핵 속 꽁꽁 뭉쳐진 DNA의 움직임을 추적하는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 이를 통해 DNA의 응집 구조인 크로마틴 구조 변화를 실시간으로 볼 수 있다.

유전자 가위는 DNA 속 특정 영역(유전자)을 편집해 유전질환 등을 교정하는 기술이다. DNA의 특정 영역을 자르는 ‘가위 효소’와 이 효소를 안내하는 gRNA로 구성된다. 연구진은 가위 효소에 DNA의 특정 영역에 결합하는 형광 단백질을 붙여 위치를 추적했다. 이 과정에서 ‘잡음 신호’를 줄이는 기법을 썼다. 기존의 유전자 가위 기반 이미징 방법보다 정확도·해상도가 높을 뿐 아니라 유전자의 위치를 장시간 추적할 수 있다. 이 덕분에 크로마틴 구조 변화를 실시간으로 관측할 수 있게 됐다.

크로마틴은 염색체의 주 성분으로, 체내에서 DNA의 복제·치유·유전자 발현 등을 조절하는 물질이다. 최근 점점 크로마틴의 구조와 움직임을 파악하는 연구가 주목받고 있다. 크로마틴 구조 이상이 암을 유발하는 것과 같은 새로운 사실이 발견되고 있기 때문이다. 김 교수는 “크로마틴 구조 변화와 유전자 발현, 노화, 암 간의 정확한 연결 고리를 찾기 위해서는 크로마틴의 움직임을 실시간으로 관측하는 새로운 기술 개발이 필요하다”고 설명했다

연구진은 이를 통해 DNA가 능동적으로 위치를 옮기는 현상을 확인했다. 새로 개발된 이미징 기법을 이용해 DNA 특정 영역의 움직임을 장시간 추적한 결과다. 이는 최근 각종 유전정보 처리 과정에서 DNA 자체가 능동적으로 움직인다는 연구결과와 일치한다. 기존에는 DNA가 움직이지 않고 단백질 효소들이 DNA를 찾아가 DNA의 고장 난 부분을 고치거나 DNA에 저장된 유전정보를 발현시키는 것으로 알려져 있었다.

김 교수는 “이번에 개발한 크로마틴 이미징 기술 등으로 암과 같은 유전체 질병에 대한 새로운 바이오마커를 발굴하고, 이를 질병의 진단과 치료에 활용할 수 있을 것”이라고 기대했다.

이번 연구는 국제학술지 지놈 리서치 온라인판에 지난달 4일 공개됐다.
권유진 기자 kwen.yujin@joongang.co.kr