[크리스퍼] 4.2 : PE2부터 PE5까지 – 프라임 에디팅의 진화 과정

 

 

 

프라임 에디팅은 처음 등장부터 정밀한 유전자 교정 도구로 주목받았지만, 초기 버전인 PE1은 효율 측면에서 아쉬운 점이 있었어요. 

 

 

이를 개선하기 위해 다양한 버전이 개발되었고, 대표적으로 PE2, PE3, PE4, PE5가 순차적으로 등장하게 되었어요. 이 글에서는 각 버전이 어떤 문제를 해결하기 위해 등장했는지, 어떤 기능을 추가했는지를 하나씩 살펴볼게요.

PE2 : 더 강력한 역전사효소

PE1은 Cas9 H840A 닉아제와 야생형 M-MLV 역전사효소를 결합한 구조였는데요, 이 역전사효소는 효율이 높지 않았어요.

 

 

 

 

 그래서 리우 연구팀은 효율을 개선하기 위해 19개의 변이 역전사효소 조합을 테스트했고, 그중에서 가장 성능이 뛰어난 '펜타뮤턴트(Pentamutant) M-MLV RT'를 선정했어요. 이로 인해 탄생한 것이 바로 PE2예요. PE2는 PE1보다 평균적으로 2~5배 이상 높은 편집 효율을 보여주었고, 일부 위치에서는 최대 45배 향상된 성능을 기록했죠.

 

PE3 : 헤테로듀플렉스 교정을 유도하는 전략

프라임 에디팅은 한쪽 DNA 가닥에만 편집을 가하기 때문에, 편집된 가닥과 편집되지 않은 가닥 사이에 ‘헤테로듀플렉스’가 생기게 돼요. 그런데 세포는 종종 이 상태를 인식하고 편집되지 않은 가닥을 기준으로 되돌리는 경우도 있어요. 이 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 PE3예요.

 

PE3는 편집된 가닥이 아닌 반대편 가닥도 추가로 nick 해서, 세포가 편집된 가닥을 기준으로 복구하도록 유도하는 전략이에요. 이를 위해 두 번째 sgRNA가 필요해요. 이 방법은 평균적으로 편집 효율을 2~3배 증가시켰지만, 한편으로는 indel(삽입/삭제 돌연변이) 발생률도 약간 높아지는 단점이 있었어요.

 

 

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PE3b : indel을 줄이기 위한 세심한 조정

PE3에서 nick이 발생하는 위치에 따라 이중가닥 절단(DSB)의 위험이 있었는데요, 이를 줄이기 위해 개발된 방식이 PE3b예요. PE3b는 편집이 완료된 후에만 작동하는 sgRNA를 설계하여, 편집된 가닥만을 정확히 타깃하게 했어요. 이로 인해 indel 발생은 PE3 대비 최대 13배까지 줄어드는 효과를 보였고, 안정성 면에서 큰 진전을 이뤘죠.

 

PE4와 PE5 : DNA 복구 시스템을 조절

프라임 에디팅의 성공 여부는 세포의 mismatch repair(MMR) 시스템과도 밀접하게 관련돼요. 

 

 

이 시스템이 너무 활발하게 작동하면 오히려 원하는 편집이 지워질 수 있어요. 그래서 리우 연구팀은 MMR 억제 단백질(MLH1dn)을 일시적으로 발현시켜, 편집된 가닥이 유지될 가능성을 높였어요.

 

 

 

 

PE4는 PE2에 MLH1dn을 함께 사용하는 전략이에요.

PE5는 PE3에 MLH1dn을 조합한 버전이죠.

 

 

이 방법은 최대 7.7배까지 편집 효율을 향상시켰고, 특히 난이도가 높은 위치에서도 의미 있는 결과를 얻을 수 있었어요.

 

PE2부터 PE5까지의 발전은 프라임 에디팅이 실험실에서 실제 활용 가능한 기술로 자리잡는 데 큰 기여를 했어요. 

 

 

 

각 버전은 나름의 목적을 갖고 개발되었고, 상황에 따라 최적의 버전을 선택하는 것이 중요해요. 다음 편에서는 PEmax와 PE6 시리즈, 그리고 pegRNA의 안정성을 개선한 epegRNA 등 더욱 진보된 시스템을 소개해드릴게요.