GIST 이상화 박사 공동연구팀, Cas12a DNA 표적 탐색·절단 메커니즘 규명
GIST 이상화 박사 공동연구팀, Cas12a DNA 표적 탐색·절단 메커니즘 규명
  • 오혜민 기자
  • 승인 2018.07.24 10:42
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단일분자 형광 이미징 기술 이용, Cas12a 단백질이 표적 DNA를 탐색·절단하는 전 과정 실시간으로 관찰

[대학저널 오혜민 기자] GIST(지스트, 총장 문승현) 고등광기술연구소(APRI) 이상화 박사 연구팀은 단일분자 형광 이미징 기술을 이용해 새로운 크리스퍼 기반 기술의 핵심 단백질 중 하나인 Cas12a(또는 Cpf1)가 표적 DNA를 탐색하고 절단하는 전 과정을 실시간으로 관찰하는데 성공했다.

이번 연구는 한국과학기술연구원(KIST) 테라그노시스 연구단 정철현 박사팀 및 한양대 화학과 배상수 교수팀과 공동으로 이뤄졌다.

크리스퍼 유전자 가위를 이용한 유전자 교정기술은 유전자 치료, 새로운 식물 육종 개발 등 다양한 분야에 폭넓게 이용되고 빠르게 발전하고 있으며 대표적으로 Cas9 유전자 가위가 사용되고 있다. 하지만 일반적으로 크리스퍼 유전자 가위는 표적 DNA와 유사한 염기서열을 가진 DNA까지도 자르는 표적이탈효과(off-target) 및 전체 유전체 내 작동 가능한 표적이 제한되는 문제 등이 한계로 지적되고 있다.

이러한 기술적 한계를 극복하기 위해 최근 다양한 변종 단백질을 발굴 및 개발해 유전자 교정기술을 향상하고자 노력하고 있다. Cas12a 단백질은 Cas9에 비해 표적 특이성이 높다고 알려져 있어 각광받고 있어 Cas12a의 상대적으로 높은 표적 특이성을 이해하고 향상된 유전자 가위를 개발하기 위해 Cas12a의 표적 탐색 및 절단 메커니즘을 규명하는 연구가 필요하다.

이상화 박사 공동 연구팀은 이번 연구에서 단일분자 형광 이미징 기술을 이용해 Cas12a의 표적 탐색 및 절단의 전 과정을 실시간으로 관찰하는데 성공했다. 이를 통해 Cas12a 단백질이 긴 DNA 상에서 1차원 확산 운동을 통해 특정 표적을 탐색하고 표적 DNA와 만나 안정되게 결합한 후 비표적 가닥과 표적 가닥 순서로 시간차를 두고 순차적으로 절단한다는 사실을 세계 최초로 규명했다.

이상화 박사는 “Cas12a 단백질의 표적 탐색 및 절단 메커니즘에 관한 연구결과는 Cas9과 구별되는 Cas12a 단백질의 분자 기전을 제시함으로써 크리스퍼 유전자 교정기술의 향상에 밑거름이 될 것”이라고 전망했다.

이상화 박사(GIST, 공동교신저자), 정철현 박사(KIST, 공동교신저자), 배상수 교수(한양대, 공동교신저자) 등이 주도한 이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업, 보건복지부 암정복추진연구개발사업, 농촌진흥청 차세대 바이오그린 21사업, GIST 개발과제 및 KIST 기관고유사업 등의 지원을 받아 수행됐다. 지난 17일 네이처 자매지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 12.353) 온라인판에 게재됐다.


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