[Cre-loxP] 4편 : Cre-loxP로 유전자 스위치 켜고 끄기 – 트랜스유전자 제어와 Cre 리포터의 활용
많은 사람들이 Cre-loxP 시스템을 유전자 제거에만 사용하는 도구로 생각하지만, 실제로는 이보다 훨씬 다양한 방식으로 응용할 수 있어요.
대표적인 예로는 트랜스유전자(on/off) 스위칭, 그리고 유전자 발현 위치를 추적할 수 있는 Cre reporter 마우스의 활용이 있죠.
Cre로 유전자 ‘켜기’: Lox-Stop-Lox 시스템
트랜스유전자를 특정 조직이나 시점에서만 발현시키고 싶을 때, 자주 쓰이는 구조가 바로 Lox-Stop-Lox (LSL) 전략이에요.
이 시스템은 트랜스유전자의 프로모터와 코딩서열 사이에 “STOP” 시퀀스를 삽입한 구조예요. 이 STOP 시퀀스가 loxP로 감싸져 있어서, Cre가 발현되기 전까지는 유전자가 발현되지 않아요.
하지만 Cre가 도입되면?
loxP 사이의 STOP 시퀀스가 제거되면서 트랜스유전자가 바로 발현돼요. 마치 유전자를 켜는 스위치처럼 작동하는 구조죠. 이 시스템은 Gain-of-function 실험이나 인간 질환 모델 개발에 특히 많이 활용돼요.
Cre로 유전자 ‘끄기’: 조건부 발현 정지
반대로, 이미 발현 중인 유전자를 조건부로 끄는 방식도 있어요. 이때는 트랜스유전자의 전체 또는 일부를 loxP로 감싸 구조적으로 제거되도록 설계해요. 예를 들어, 코딩 영역 전부를 floxing한 후 Cre를 발현시키면 유전자가 완전히 제거돼서 발현이 멈춰요.
이런 전략은 특정 조직에서 기능을 중단시켜야 하는 유전자나, 유전자 발현 시 독성이 있는 경우에 매우 유용하게 쓰여요.
Cre reporter 마우스: 유전자 발현 시각화 도구
Cre-loxP의 강력한 응용 중 하나는 Cre 활성 위치를 직접 눈으로 확인할 수 있다는 점이에요. 이게 가능한 이유는 바로 Cre reporter 마우스 덕분이죠.
이 마우스는 다음과 같은 구조를 가지고 있어요
loxP-STOP-loxP-GFP 또는 loxP-STOP-loxP-LacZ 같은 리포터 카세트
기본적으로는 STOP 시퀀스 때문에 GFP나 LacZ가 발현되지 않음
하지만 Cre가 도입되면 STOP이 제거되고, GFP 또는 LacZ가 특정 조직에서만 발현됨
이 시스템은 Cre 발현이 어디서 일어나는지, 얼마나 일어나는지를 파악하는 데 매우 유용해요. 특히 조직 특이 Cre 마우스를 새로 사용하는 경우, 예상대로 작동하는지 확인할 수 있는 훌륭한 방법이에요.
응용 예시: Brainbow / Confetti 마우스
Cre reporter 시스템의 극단적 예시 중 하나가 바로 Brainbow 또는 Confetti 마우스예요. 다양한 형광 단백질 유전자가 무작위로 발현되도록 구성되어 있어서, 하나하나의 세포가 서로 다른 색으로 발현돼요. 이 마우스를 통해 개별 세포를 시각적으로 추적할 수 있어서, 신경망 구조, 줄기세포의 분화 방향, 세포 이동 경로 등을 연구하는 데 사용돼요.
Cre-loxP 시스템은 단순히 유전자를 자르거나 지우는 도구 그 이상이에요. 유전자의 on/off 조절, 세포 추적, 조직 특이적 모델링까지 가능한 강력한 분자 스위치이자 리포터 시스템이죠.
다음 5편에서는 Cre-loxP 시스템을 사용할 때 주의해야 할 한계점과 실험 설계 시 고려사항을 자세히 정리해드릴게요!