중앙대학교(총장 박상규) 약학대학 연구팀이 최근 발견된 항-크리스퍼 단백질의 작용 기전을 규명하는 데 성공했다. 미래 혁신 치료기술로 다뤄지는 유전자 가위 시스템을 한층 더 정교하게 발전시키는 데 있어 큰 역할을 할 것으로 기대를 모은다.

중앙대는 약대 박현호 교수와 김기업 박사과정생 연구팀이 박테리아의 후천성면역 방법인 유전자 가위(CRISPR-Cas) 시스템의 기능을 저해하는 항-크리스퍼(anti-CRISPER) 단백질 'AcrIIA28'의 작용기전을 세계 최초로 규명했다고 23일 밝혔다.

박테리아는 자신을 공격한 바이러스의 유전 정보를 기억해 유사한 유전자를 지닌 바이러스가 침투하면 즉각 제거하는 방식으로 스스로를 보호한다. 이런 박테리아의 방어·면역 시스템을 유전자 가위 또는 크리스퍼-카스라고 부른다.

이에 맞서 바이러스는 박테리아의 방어체계인 유전자 가위를 무력화하고 면역을 회피하기 위해 항-크리스퍼 단백질(Acr)을 가질 수 있도록 진화했다. 항-크리스퍼 단백질은 2013년 처음 존재가 알려졌으며, 이후 항-크리스퍼 기능을 지닌 것으로 예측되는 100여 종의 단백질이 발견됐다. 이처럼 박테리아와 바이러스가 생존을 위해 면역 시스템을 갖추고, 이를 무력화하기 위한 회피 전략을 사용하는 것은 흥미로운 연구 주제로 다뤄지고 있다.

박현호 교수 연구팀은 최근에 발견된 항-크리스퍼 단백질 AcrIIA28의 3차 구조와 크리스퍼 시스템 복합체 구조를 분석하는 연구를 수행했다. 그 결과 AcrIIA28이 어떻게 박테리아의 유전자 가위 시스템을 무력화하는지를 분자 레벨에서 규명하는 데 성공했다. AcrIIA28의 면역 회피 전략을 밝힌 것은 박 교수 연구팀이 세계 최초다.

유전자 가위 시스템은 특정 유전자 서열을 인식해 자를 수 있어 인간의 질병을 치료하는 등 다양한 유전자 편집용 기술로 개발되고 있다. AcrIIA28의 작용 기전을 밝힌 박 교수팀의 연구성과는 유전자 가위 시스템을 발전시키는 데 있어 큰 도움이 될 전망이다.

이번 연구는 중견연구자지원사업과 BK21+사업 등의 지원을 받아 이뤄졌다. 상세한 연구 내용은 'SpyCas9의 REC3 도메인에 결합해 타깃 DNA 결합을 막는 AcrIIA28 단백질의 항-크리스퍼 작용(AcrIIA28 is a metalloprotein that specifically inhibits targeted-DNA loading to SpyCas9 by binding to the REC3 domain)' 논문을 통해 확인할 수 있다. 해당 논문은 지난해 피인용 지수(IF, Impact Factor) 19.1을 기록한 생명과학 분야의 세계적 학술지 'Nucleic Acids Research'에 게재됐다.

박 교수는 "유전자 가위 시스템은 유전자 조작을 통해 인간의 질병을 치료할 수 있다는 점에서 많은 연구가 진행되고 있는 미래 혁신 치료기술 중 하나다. 문제는 원하지 않는 곳에 있는 DNA를 자르거나 특정 DNA를 자를 때에는 효율이 떨어지는 등의 현상이 존재한다는 점이다. 치료 목적으로 사용 가능한 항-크리스퍼 단백질 AcrIIA28의 기능과 기전을 밝힌 것은 유전자 가위 시스템을 정교하게 조절하고 응용하는 데 있어 많은 도움이 될 것"이라고 말했다.