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태어난 뒤 유전자를 고치는 기술은 크리스퍼(CRISPR) 시스템이 개발된 이후 급물살을 타고 있다. KJ 멀둔은 단일 환자 맞춤형 유전자 편집 치료가 실제 임상으로 이어진 첫 사례다. 멀둔을 건강하게 만든 베이스 에디팅 기술의 작동 방식과 함께, 최신 
유전자 편집 기술이 어디까지 왔는지 알아보자. 

 

 

베이스 에디팅(Base editing·염기 편집 기술)

 

특정 DNA 서열을 인식하되 DNA 이중가닥을 절단하지 않고,  A→G, C→T 단일 염기를 화학적으로 바꾸는 유전자 편집 기술. Cas9 단일가닥 절개 효소와 탈아민 효소를 결합해 염기를 직접 변환한다.

 

 

염기 편집기는 DNA를 자르지 않는 변형 캐스9(nCas9), 표적 위치를 안내하는 가이드 RNA(gRNA), 그리고 염기를 실제로 바꾸는 화학 엔진인 탈아민효소로 구성된다. 아데닌(A)을 이노신(I)으로 바꾸는 아데닌염기편집기(ABE)는 아데닌탈아민효소를, 사이토신(C)을 유라실(U)로 바꾸는 사이토신염기편집기(CBE)는 사이토신탈아민효소를 사용한다. ABE의 작동 방식을 따라가 보자.

 

 

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유전체 DNA에 결합한 뒤 이중 나선을 풀어 노출함

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표적 DNA에 단일 나선 절개 효소와 gRNA가 결합하면, 효소가 표적 DNA 이중나선 중 한 가닥을 풀어 단일가닥(ssDNA)으로 노출시킨다.

 

 

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노출된 단일가닥에서 A를 I로 변경

편집되지 않은 반대 가닥에 작은 절개를 넣음

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DNA의 벌어진 틈 안에 있는 여러 개의 염기 중에 아데닌(A)의 아미노기를 제거해 이노신(I)으로 바꾼다. 이노신으로 바뀐 아데닌 맞은편에는 기존 아데닌(A)의 염기쌍인 타이민(T) 염기가 있다. 타이민(T)을 살짝 잘라 DNA 복구 시스템이 동작하게 만든다.

 

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DNA 복구 또는 복제 단계

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세포는 DNA를 읽을 때 이노신(I)을 구아닌(G)으로 해석한다. 복구 시스템이 작동하면 이노신(I)을 기준으로 염기쌍을 재구성해 맞은편, 타이민(T)이 손상된 자리에 사이토신(C)을 삽입한다. 세포가 분열하며 DNA를 복제할 때도 이노신(I)을 구아닌(G)으로 읽고 맞은편에 사이토신(C)을 삽입한다.

 

 

 

크리스퍼-캐스9(CRISPR-Cas9)

 

특정 DNA 서열을 정확히 인식해 유전체를 절단하는 유전자 편집 기술. 손상 입은 세포가 스스로 복구하는 기작을 활용한다. 간단하고 저렴한 설계 구조로 다양한 생물 분야에서 폭넓게 활용된다. 현재 상용화된 유전자 편집 치료의 출발점이다.
 

 

 

 

프라임 에디팅(Prime editing)

DNA를 자르지 않고 원하는 유전 정보를 새로 써 넣는 방식의 정밀 유전자 편집 기술. 염기 치환뿐 아니라 소규모 삽입·결실까지 이론적으로 가능하다.

 

 

 

 

 

프라임 어셈블리(Prime assembly)

 

프라임 에디팅을 확장해 수십~수백 킬로베이스(kb·염기쌍 1000개를 나타내는 길이 측정 단위) 길이의 유전자 조각을 통째로 교체·삽입·삭제하는 기술. 바꿔 넣고 싶은 유전자 정보를 담은 공여 DNA를 프라임 편집 방식으로 기존 DNA와 연결 가능한 ‘플랩’ 구조로 만든 뒤, 표적 부위의 단일나선만 절단을 유도해 새 DNA가 기존 유전자 자리를 대신 차지하도록 한다.