최근 암을 비롯한 난치성 유전 질환 치료를 위한 차세대 유전자 교정 기술로 각광받고 있는 크리스퍼 (CRISPR-Cas9) 유전자가위는 표적 유전자가 담긴 DNA 가닥만을 선택적으로 잘라내는 효소로, 표적 DNA를 식별하는 가이드 RNA와 인식된 DNA를 자르는 Cas9 단백질로 이루어져 있다. 하지만 자연 그대로의 크리스퍼 유전자가위는 표적 DNA와 비슷한 염기서열을 지닌 유사 DNA까지도 자르는 낮은 선택성이 한계로 지적되고 있는데, 이를 극복하기 위해 표적 선택성을 분자수준에서 이해하고 이를 통해 표적만 자르는 유전자가위 기술을 개발할 필요가 있는 실정이다.
서울대학교 화학부 김성근 교수 연구팀은 크리스퍼 유전자가위가 표적 및 유사 DNA에 결합해 이를 잘라내는 과정을 단일 분자 수준에서 실시간으로 관찰함으로써 작동 원리를 규명하는 연구를 진행해 오고 있다. 본 연구에서는 Cas9 단백질을 구성하는 다양한 내부 영역 중에서 지금까지 역할이 명확히 밝혀지지 않았던 REC2 영역이 크리스퍼 유전자가위의 표적 선택성에 큰 영향을 미친다는 사실을 발견하였다. 이 REC2 영역은 1차적으로 가이드 RNA의 식별을 통과한 표적 및 유사 DNA에 대해 이를 자르기 전에 표적이 정확한지의 여부를 한 번 더 검증하는 2차적인 안전장치로서 기능한다는 것을 최초로 밝혀냈다.
지금까지 크리스퍼 유전자가위의 정확도를 향상시키려는 대부분의 연구는 가이드 RNA 자체 또는 Cas9 단백질 내부 영역 중에서도 가이드 RNA와 DNA의 결합체를 인식하는 부분을 개선하는 데에 집중되어 왔다. 본 연구에서는 지금까지 관심을 끌지 못하던 REC2 영역이 표적 정확도와 관련된 새로운 핵심 요소라는 것을 밝혔고, 이는 정확도를 크게 향상시킨 크리스퍼 유전자가위를 개발하는 데에 있어 새로운 도약의 발판이 될 것으로 기대한다.
본 연구 결과는 6월 13일(수)자로 저명한 국제 학술지인 미국 화학회지(Journal of the American Chemical Society)에 온라인 발표되었다.