고려대학교 의과대학 생리학교실 김경미 교수 연구팀(고려대 의대 대학원생 박수지, 주성진)이 유전자 표적 서열에서 높은 수준의 편집 효율을 구현한 eCas12f1 소형 유전자 가위를 개발했다. 이는 기존 소형 유전자 편집 기술인 Cas12f1의 한계를 극복했다는 데 의미가 있다. 

유전자 가위는 유전자의 특정 염기서열을 절단해 잘린 유전자를 제거하거나, 해당 부위에 유전자를 추가 또는 새로운 유전자로 교정하는 유전자 편집기술이다. 최근 크리스퍼(CRISPR) 시스템을 기반으로 한 유전자 교정 기술이 빠르게 발전하며, 높은 효율과 정밀도를 가진 유전자 편집 도구에 대한 수요가 급증하고 있다. 크리스퍼 시스템은 리보핵산(RNA)과 효소 단백질을 이용해 동식물의 특정 DNA 부위를 찾아 잘라내는 기술이다. 기존 유전체 편집 기법에 비해 원하는 유전자를 쉽고 정확하게 찾아 유전자 교정이 가능하다는 장점이 있다. 

특히, 유전자 교정이 성공적으로 이루어지기 위해서는 유전자 가위를 세포 내로 효과적으로 전달하는 것이 중요한데, 이는 크리스퍼 시스템의 크기와 밀접하게 관련되어 있다. 이에 작은 크기의 크리스퍼 시스템인 기존 Cas12f1은 SpCas9보다 약 2.6배 작아 유전자 치료 연구에서 중요한 가능성을 제시했다. 그러나 기존 Cas12f1은 포유류 세포에서 낮은 유전자 편집 활성을 보이는 한계가 있었다.

이러한 한계를 해결하기 위해 고대 의대 김경미 교수팀은 Cas 단백질과 가이드 RNA를 개량한 eCas12f1 유전자 가위를 개발했다. eCas12f1는 낮은 편집 효율을 보였던 유전자에서도 SpCas9과 유사한 수준의 유전자 편집 활성을 발휘하는 능력을 보였다. 또한, 연구팀은 eCas12f1을 활용해 유방암 세포주에서 세포 주기 관련 유전자인 PLK1을 절단시켜, 암세포의 증식을 81.8% 감소시키는 데 성공했다. 더욱이, 피부암 세포주의 BRAF 유전자 돌연변이를 표적으로 삼아 정상 세포에는 영향을 주지 않고, 암세포에서만 유전자 절단을 유도했다. 결과적으로 세포 증식을 69.7% 감소시켜 암 표적 치료제로서의 가능성을 입증했다.

고대 의대 생리학교실 김경미 교수는 “eCas12f1에 탈아미노효소나 전사조절인자를 융합함으로써 아데노신 염기 편집과 유전자 발현 조절에도 효과적으로 이용될 수 있다”라고 말했다. 또한 “eCas12f1은 작은 크기와 강력한 유전자 편집 능력을 바탕으로 향후 유전자 치료제 개발과 생명공학 응용 연구 등 다양한 분야에서 활용될 것”이라고 밝혔다. 

한편, 이번 연구는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 ‘향상된 소형 CRISPR-Cas12f1의 강력한 유전체 편집 활성과 이의 응용(Robust genome editing activity and the applications of enhanced miniature CRISPR-Cas12f1)’이라는 제목으로 게재됐다.