이 시리즈에서는 크리스퍼 기술로 대표되는 각종 유전자 편집 기술, 유전자 변형 기술, 그리고 유전자 치료 기술들에 대해서 알아보도록 할게요.
이번 포스트에서는 우선 기본적으로 유전자 편집 기술이 어떻게 발전해왔는지에 대해서부터 간략히 알아볼게요.
위 그림에 나타나 있는 것처럼 유전자 가위는 DNA의 ATGC로 이루어진 특정 서열 조합을 인지해서 이 서열을 절단할 수 있는 기술을 말해요. 따라서, 유전자 가위는 1) 특정 서열을 인지할 수 있는 활성을 가지고 있어야 하고, 2) 인지한 서열을 자를 수 있는 활성을 가지고 있어야 해요.
위 그림에는 3가지 종류의 DNA를 표적으로 할 수 있는 유전자 가위가 나타나 있어요. 하나하나 살펴볼게요.
ZFN은 zinc finger nuclease의 약자이며, 흔히 1세대 유전자가위(first generation of gene editor)라고 불려요. 이 녀석은 zinc finger domain이라는 부분을 가지고 있는데, 이 부분이 특정 DNA를 인식할 수 있어요. 한편, 그림에도 나타나 있는 것처럼 이 녀석은 Fok1이라고하는 녀석도 가지고 있는데요. Fok1은 DNA를 자를 수 있는 nuclease의 일종으로(nuclease란 nucleotide, 즉 핵산을 자르는 활성이 있는 효소들을 통칭해서 부르는 말이에요) zinc finger domain이 인식한 서열을 잘라줘요. 이 때 중요한 것은, DNA 서열을 인식하는건 오로지 zinc finger domain에 의해 이루어지고, Fok1은 그냥 주변 서열을 잘라주기만 하는거에요. 즉, ZFN 내의 두 부분이 각각 DNA 인식과 DNA 절단을 따로 수행하는거죠.
다음으로 오른쪽 위에 나와있는 TALEN은 2세대 유전자 가위(second generation fo gene editor)로 불려요. 이 경우에도 Fok1이 nuclease로 작용하는 것은 동일하지만, TALE이라고 불리는 부분이 DNA와 결합한다는 것이 달라요.
그런데, 1세대, 2세대 유전자 가위인 ZFN, TALEN은 모두 단백질 기반 유전자 가위이기 때문에, DNA와 결합하는 부분(ZFN의 경우 zinc finger domain, TALEN의 경우 TALE)을 매번 특정 DNA에 맞춰서 다시 디자인해줘야 하기 때문에 다소 수고스럽다는 것이 단점이었어요.
그러던 중 그 유명한 3세대 유전자 가위인 CRISPR/Cas9 기술이 개발되었어요. (아래쪽 그림) CRISPR/Cas9의 경우에는 sgRNA(single strand guide RNA)라는 RNA가 DNA의 특정 부분을 인식해주고, sgRNA가 인식해 결합한 부분에 Cas9이라고 하는 단백질이 오게 돼요. 그런데 이 Cas9이 nuclease로 작용할 수 있어서 그 결과 sgRNA에 의해 인식된 DNA 부분이 Cas9에 의해 절단되게 되는거죠.
CRISPR/Cas9 시스템의 경우에는 sgRNA가 DNA를 인식해주기 때문에, 1,2세대 유전자 가위들과는 달리 타겟할 DNA에 따라서 sgRNA만 다르게 만들어주면 되기 때문에 훨씬 제작하기 간편하다는 특징이 있어요. (아미노산 서열을 하나하나 바꿔주는 수고 없이, sgRNA 서열만 제대로 맞춰서 넣어주면 되는거죠)
이번 포스트에서는 유전자 가위의 전반적인 내용에 대해서 살펴봤어요. 다음 포스트에서는 ZFN, TALEN, CRISPR 기술 각각에 대해서 자세히 살펴볼게요.
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