[크리스퍼] 7편 : 염기 교정(base editing) - CBE
CRISPR-Cas9은 세포 안의 DNA를 잘라서 유전자 편집을 가능하게 만든 혁신적인 기술이죠. 하지만 DNA를 자르는 건 생각보다 위험할 수 있어요. 이중가닥 절단(double-strand break)이 일어나면 세포가 비정상적으로 수리하거나, 염기가 삭제되거나 삽입되면서 원하지 않는 돌연변이가 생길 수도 있거든요.
이런 문제를 피하면서, 단일 염기만 정밀하게 바꾸는 방법이 있을까요?
그걸 가능하게 해주는 기술이 바로 오늘 소개할 염기 교정(base editing)이에요.
염기 교정(Base Editing)이란?
염기 교정은 Cas9을 ‘가위’처럼 쓰지 않고, 유전자의 특정 염기 하나를 다른 염기로 바꿔주는 기술이에요. DNA를 자르지 않으면서도, 아주 정밀하게 유전자 서열을 바꿀 수 있다는 점에서 많은 주목을 받고 있어요.
이 기술은 크게 두 가지로 나뉘어요:
CBE (Cytosine Base Editor)
C를 T로 바꿀 때 사용
ABE (Adenine Base Editor)
A를 G로 바꿀 때 사용
그럼 먼저 CBE부터 자세히 알아볼게요.
CBE: Cytosine을 Thymine으로 바꾸는 기술
CBE는 DNA에서 C(사이토신)을 T(티민)으로 바꾸는 기술이에요. 이건 C-G 쌍을 T-A 쌍으로 전환하는 방식이라고도 볼 수 있어요.
구조는 어떻게 생겼을까요?
CBE는 세 가지 구성요소로 이뤄져 있어요:
Cas9 nickase
DNA를 자르지 않고, 한 가닥만 살짝 ‘긁는’ 버전의 Cas9이에요.
Cytidine deaminase
C를 U(우라실)로 바꾸는 효소예요.
UGI (uracil glycosylase inhibitor)
세포가 U를 잘못됐다고 인식하고 제거하는 걸 막기 위해 들어가요.
Cas9 nickase가 DNA의 특정 위치로 안내되면, cytidine deaminase가 그 자리에 있는 C를 U로 바꾸고, U는 복제 과정에서 T처럼 읽히게 돼요. 그 결과, DNA 복제가 끝난 후에는 원래 C였던 자리가 T로 바뀌게 되는 거예요.
왜 Cas9 nickase를 쓰나요?
DNA를 완전히 자르는 건 세포에 부담을 줘요.
그래서 일반 Cas9 대신 ‘nickase’라는 절단력이 낮은 변형체를 사용해요. nickase는 DNA 이중 가닥 중 한 가닥만 끊어서 세포의 정확한 수리 경로(HDR)를 유도할 수 있게 도와줘요.
또한, CBE에서는 자르지 않고 바꾸는 게 핵심이라서 nickase가 훨씬 안전하고 효율적인 선택이 되는 거예요.
편집 범위와 한계
CBE가 바꿀 수 있는 위치는 Cas9이 인식하는 PAM(Protospacer Adjacent Motif)에서 약 4~8번째 염기쯤이에요. 이걸 editing window라고 부르는데요, 그 범위 안에 C가 있어야만 편집이 가능해요.
또한 CBE는 ‘모든 C’를 T로 바꾸는 건 아니고, 주변 서열이나 구조에 따라 효율이 다르기 때문에 몇 가지 C 중 하나만 바꾸고 싶을 때는 설계에 주의가 필요해요.
CBE가 유용한 이유?
질병 모델 만들기
많은 유전병은 특정 염기 하나의 돌연변이로 발생해요. 이걸 정밀하게 재현할 수 있어요.
치료 가능성
유전자 전반을 건드리지 않고 단일 염기만 수정하는 치료 전략이 가능해요.
안정성 향상
DNA 이중가닥 절단 없이 편집하므로, off-target 문제나 세포 독성도 줄일 수 있어요.
다음 2편에서는 ABE(Adenine Base Editor) 기술과 함께, CBE와 ABE의 차이점, 각각의 활용 분야, 그리고 앞으로 어떤 가능성이 있는지 자세히 이어서 소개해드릴게요.