크리스퍼 유전자 가위로도 안 되는 미토콘드리아 DNA 교정 성공
DdCBE로 미토콘드리아 DNA 염기 교체...유전병 치료 단초

국내 연구진이 유전병 주요원인으로 알려진 미토콘드리아의 이상을 고칠 수 있는 효소를 이용해 동물에게 적용해 성공했다.

기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단 연구팀은 시토신 염기교정효소 ‘DdCBE’를 이용해 생쥐의 미토콘드리아 DNA 특정 염기를 바꾸는데 성공했다고 19일 밝혔다. 이번 연구는 지난해 미국 브로드연구소 데이비드 리우 교수팀이 처음 개발한 DdCBE를 동물에 적용한 세계 첫 사례이다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 19일자에 실렸다.

미토콘드리아는 ‘세포 공장’이라고 불리는 세포내 소기관으로 에너지를 만들어 내는 곳이다. 미토콘드리아 DNA에 변이가 일어날 경우 시력, 청력 뿐만 아니라 에너지가 많이 필요한 중추신경계, 근육, 심장 등에 치명적 결함을 일으킬 수 있다. 특히 미토콘드리아 DNA는 어머니에게서 전달되는 모계유전 경향 때문에 모체의 미토콘드리아 DNA에 결함이 있을 경우 다음 세대로 전달되면서 유전병의 원인이 된다. 실제로 미토콘드리아 이상으로 인한 질환은 5000명 중 한 명 꼴로 발생하는 흔한 유전질환이다.문제는 아직 치료법이 없다는 점이다. 유전체 교정 기술로 널리 활용되고 있는 크리스퍼 유전자 가위로도 치료가 어렵다는 것이다. 세포 핵 속 DNA에는 적용이 가능하지만 미토콘드리아 막을 통과하지 못해 미토콘드리아 DNA 교정은 어려웠다. 이에 연구팀은 지난해 개발된 DdCBE에 주목했다. DdCBE에 대한 세포 수준 연구는 있었지만 질환 치료를 위한 동물 개체 수준의 실험은 없었다.

연구팀은 다양한 조합의 DdCBE를 생쥐의 세포주 수준에서 선별해 가장 효율이 높은 것을 선정했다. 이렇게 선택된 DdCBE를 생쥐 배아에 주입해 미토콘드리아 DNA 염기에서 시토신을 티민으로 바꾸는데 성공했다. 이렇게 교정된 미토콘드리아 DNA가 새끼 생쥐들에게도 그대로 전달된다는 것도 확인됐다. DdCBE를 이용한 DNA 교정이 동물 개체 수준에서 정상 작동한다는 것을 처음으로 확인함으로써 사람에게도 적용될 가능성을 높였다는 것이다.

나아가 어미 생쥐의 교정된 미토콘드리아 DNA 서열이 다음 세대에게도 온전히 전달됨을 확인했다. DdCBE가 동물 개체 수준에서 정상 작동함을 최초로 확인한 것이다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr