ROSA26이 유전공학 역사에서 특별한 이유 – Safe Harbor Locus

 

 

유전자 기능을 연구할 때 가장 많이 사용하는 방법 가운데 하나가 유전자 발현을 인위적으로 늘리거나 줄이는 것이에요.

어떤 유전자를 과발현시켰더니 특정 표현형이 나타난다면 그 유전자가 어떤 역할을 하는지 추론할 수 있고, 반대로 유전자를 제거했더니 이상이 생긴다면 해당 유전자의 생리적 기능을 확인할 수 있죠.

이 과정에서 늘 따라오는 고민이 하나 있어요.

"넣긴 넣었는데 어디에 넣을 것인가?"

생각보다 중요한 문제예요.

실제로 유전자를 마우스 게놈에 삽입한다고 해서 항상 원하는 결과가 나오는 것은 아니거든요.

 

랜덤 삽입이 가진 한계

초기 transgenic mouse 제작 기술은 대부분 외래 유전자를 무작위 위치에 삽입하는 방식이었어요.

문제는 삽입 위치를 예측할 수 없다는 점이었죠.

어떤 마우스에서는 유전자가 1개 들어가고, 어떤 마우스에서는 여러 개가 연속으로 삽입될 수 있어요.

삽입 위치 주변에 존재하는 endogenous gene의 영향을 받을 수도 있고 반대로 주변 유전자 발현을 방해할 수도 있어요.

그래서 같은 construct를 사용했는데도 개체마다 발현량이 달라지는 일이 흔하게 발생했어요.

결국 원하는 발현 패턴을 가진 founder를 선별해야 했고, 계대가 진행되면서 발현이 감소하거나 사라지는 문제도 자주 나타났죠.

연구자 입장에서는 상당히 번거로운 일이었어요.

 

그래서 등장한 Safe Harbor

이런 문제를 해결하기 위해 등장한 개념이 바로 Safe Harbor예요.

말 그대로 외래 유전자가 안전하게 정착할 수 있는 게놈상의 위치를 의미해요.

좋은 Safe Harbor는 몇 가지 조건을 만족해야 해요.

우선 삽입된 유전자가 안정적으로 발현되어야 해요.

그리고 주변 유전자의 기능을 방해하면 안 돼요.

추가적으로 유전자 삽입 자체가 마우스의 생존이나 발달에 영향을 주지 않아야 하죠.

이 조건을 가장 잘 만족하는 위치 가운데 하나가 바로 ROSA26이에요.

 

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ROSA26은 어떻게 발견되었을까?

ROSA26은 Friedrich와 Soriano가 마우스 배아줄기세포를 이용한 유전자 연구를 수행하던 과정에서 발견했어요.

정식 명칭은 Gt(ROSA)26Sor예요.

현재는 거의 모든 유전공학 연구자들이 ROSA26이라는 이름으로 부르고 있죠.

흥미로운 점은 ROSA26이 단백질을 만드는 유전자가 아니라는 거예요.

마우스 6번 염색체에 존재하는 비암호화(non-coding) 영역에 가까운 위치예요.

이 부위는 외래 DNA가 삽입되어도 정상적인 생리 기능에 큰 영향을 주지 않으면서 안정적인 발현이 가능하다는 특징을 가지고 있어요.

그래서 수많은 연구자들이 유전자를 넣는 표준 위치처럼 사용하고 있어요.

 

ROSA26이 사랑받는 이유

 

 

ROSA26은 단순히 안전하기만 한 위치가 아니에요.

Homologous recombination 효율도 높고 다양한 조직에서 안정적인 발현이 가능해요.

신경세포, 간세포, 근육세포 등 거의 모든 조직에서 활용할 수 있다는 점도 큰 장점이에요.

게다가 세대가 지나도 발현이 비교적 안정적으로 유지돼요.

랜덤 integration에서 흔하게 나타나는 copy number variation이나 position effect를 크게 줄일 수 있죠.

그래서 현재는 transgenic mouse 제작보다 ROSA26 knock-in 전략이 훨씬 널리 사용되고 있어요.

 

ROSA26 Knock-in은 크게 세 가지 방식이 있다

가장 기본적인 형태는 ROSA26 promoter를 그대로 이용하는 constitutive knock-in 모델이에요.

삽입된 유전자가 지속적으로 발현되는 방식이죠.

다만 ROSA26 promoter 자체는 엄청 강한 promoter는 아니에요.

그래서 발현량이 부족할 수 있어요.

이 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 conditional knock-in 전략이에요.

STOP cassette를 loxP로 둘러싼 뒤 Cre mouse와 교배하면 특정 조직에서만 유전자가 발현되도록 만들 수 있어요.

뇌에서만 발현하거나 간에서만 발현하는 모델이 대표적이에요.

현재 가장 널리 사용되는 방식은 CAG promoter를 함께 사용하는 전략이에요.

강력한 promoter를 이용해서 원하는 유전자를 높은 수준으로 발현시킬 수 있거든요.

실제로 논문에서 자주 보는 ROSA26-LSL-CAG construct가 바로 이런 형태예요.

 

유전공학의 표준이 된 ROSA26

지금은 수많은 질환 모델이 ROSA26을 기반으로 만들어지고 있어요.

암 모델, 신경질환 모델, 면역질환 모델은 물론이고 최근에는 유전자 치료 기술 검증에도 ROSA26이 자주 활용돼요.

연구자가 "이 유전자를 안정적으로 발현시키고 싶다"라고 생각했을 때 가장 먼저 떠올리는 위치가 ROSA26이라고 해도 과언이 아니에요.

유전공학 기술은 계속 발전하고 있지만 ROSA26이 제공하는 안정성과 재현성 덕분에 앞으로도 가장 중요한 Safe Harbor로 남아 있을 가능성이 높아요.