[크리스퍼(CRISPR) 생물학] 2 - ZFN, TALEN (1세대, 2세대 유전자 가위)

 

저번 포스트에서는 유전자 가위의 전반적인 내용에 대해서 살펴봤어요.

 

 

이번 포스트에서는 1세대, 2세대 유전자 가위인 ZFN, TALEN에 대해 보다 자세하게 알아볼게요.

 

 

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1. ZFN (zinc finger nuclease)

 

ZFN은 DNA를 인식하는 zinc finger domain과 DNA를 자르는 활성을 가지는 FokI nuclease domain으로 나누어져 있어요.

 

 

우선 zinc finger domain에 대해 먼저 살펴볼게요.

 

 

 

zinc finger domain은 DNA를 인식하는 대표적인 단백질군 중 하나로, 위 그림과 같은 구조를 가지고 있어요. 보면 이 domain 내부에는 alpha helix(초록색), beta sheet(빨간색)와 같은 단백질 2차구조가 다 포함되어 있고, 그 중에서도 특별히 alpha helix 부분이 실제로 DNA를 인식하는 역할을 수행해요. (나머지 beta sheet는 전반적인 구조와 기능을 안정화시키는 역할을 수행해요) 그 밖에, ZFN 중간에 Zn2+ 이온이 포함되어 있어서 helix와 sheet 구조를 추가적으로 안정화시켜주는 역할을 수행해요.

 

zinc finger domain은 위 그림 오른쪽에 나타나 있는 것처럼 여러 개가 연결된 array(어레이)의 형태로 존재하고, 하나의 zinc finger domain 당 3개의 DNA 서열을 인식할 수 있어요. 이 array 수에 따라서, 인식할 수 있는 DNA 서열의 수가 달라지게 돼요.(예를 들어 총 3개의 zinc finger domain으로 구성된 array의 경우 9개 길이의 DNA 서열을 인식할 수 있어요)

 

 

 

방금 살펴본, DNA 서열을 인식할 수 있는 zinc finger domain에, DNA를 자를 수 있는 활성을 가지는 FokI이라는 단백질을 붙여서 만든 것이 바로 ZFN이에요.

 

 

특별히, 위 그림 왼쪽과 같이 자르고자 하는 부위를 가운데로 놓고 양쪽으로 ZFN으로 DNA 서열을 타겟해서 가운데 부분을 자르게 해주면 결과적으로 우리가 원하는 부위만을 특이적으로 인지하고 자르는 유전자 가위를 만들 수 있게 되는거죠.

 

 

참고로 ZFN의 경우에는 TALEN이나 CRISPR/Cas9 시스템에 비해서 상대적으로 크기가 작기 때문에 사용에 용이한 점이 있어서 아직까지도 많이 사용되는 유전자 가위 기술 중 하나에요.

 

 

2. TALEN (transcription activator-like effector nucleases)

 

TALEN은 식물이 바이러스에 대항하기 위해 가지고 있는 면역 시스템에서 영감을 받아서 만들어진 유전자 가위 기법이에요.

 

 

 

 

위 그림이 TALEN의 구조를 나타내 보여주고 있어요. 이 때, TALEN 중 DNA를 인식하는 TALE 하나하나는 왼쪽 위 서열 부분에 대한 그림에도 나타나 있는 것처럼 중간에 RVD(repeat variable diresidue)라는, 2개의 아미노산으로 이루어진 부분을 가지고 있는데, 이 부분의 아미노산 서열에 따라서 DNA의 어떤 염기를 인식할지의 여부가 달라지게 돼요. (이와 관련된 규칙이 위 그림 오른쪽에 묘사되어 있어요) 

 

 

따라서 TALE의 RVD를 변화시켜줌으로써 우리 마음대로 TALE이 인식하는 DNA 서열을 변화시켜줄 수 있어요.

 

 

참고로 앞서 살펴본 zinc finger domain의 경우 한 domain이 3개씩의 DNA를 인식했다면, TALE의 경우 한 domain 당 1개씩의 DNA를 인식한다는 차이점이 있어요.

 

 

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이번 포스트에서는 1, 2세대 유전자 가위인 ZFN, TALEN에 대해 알아봤어요.

 

 

다음 포스트에서는 이제 본격적으로 3세대 유전자 가위인 CRISPR/Cas9 기술에 대해 알아볼게요.