中 연구진, 형질전환 원숭이 성공…영장류 질환모델 가능성 확인

[라포르시안]  정밀한 유전자편집 기법(precision gene-editing techniques)의 궁극적 가능성이 실현되기 시작하고 있다. 지난 1월 30일, 중국의 과학자들은 "표적화 돌연변이(targeted mutations)를 이용하여 최초의 유전자조작 원숭이를 만들었다"고 발표했다. 이는 보다 현실적인 인간질병 연구모델(realistic research models of human diseases)을 만드는데 한 걸음 다가선 쾌거로 평가된다.

중국 난징대학교 산하 모델동물연구센터의 Xingxu Huang 박사(유전학)가 이끄는 연구진은 최근 `특별한` 필리핀 원숭이(Macaca fascicularis) 쌍둥이를 탄생시켰는데, 이 원숭이들은 CRISPR/Cas9 시스템을 이용하여 2개의 특정 유전자에 돌연변이를 일으킨 것이라고 한다. CRISPR/Cas9 시스템은 2013년 유전공학계에 선풍을 일으킨 최신 유전자편집 기술이다. 선행연구에서도 CRISPR/Cas9 시스템을 이용하여 마우스와 랫트의 유전자를 변형시킨 적은 있지만 영장류의 유전자를 변형시키는 데 성공한 것은 이번이 처음이다.

"이번 연구는 중대한 첫걸음이다. 이로써 CRISPR/Cas9 시스템의 효용이 입증되었다"고 CRISPR 기술의 선구자 중 한 명인 펭장 박사(합성행물학)는 말했다. 장 박사는 MIT에서 CRISPR 기술이 개발되는데 기여했으며, 이번 연구에는 관여하지 않았다.

오랫동안 인간질병 모델로 애용되어 온 것은 형질전환 마우스(transgenic mice)였다. 과학자들이 마우스를 선호한 것은, 부분적으로 그들이 사용해 온 유전자편집 방법과 관련이 있다. 과학자들이 지금껏 돌연변이를 도입하기 위해 사용해 온 방법은 상동재조합(homologous recombination)이라는, 드물고 자발적인 DNA 교환 사건(DNA-swapping events)이다. 그런데 마우스는 신속한 대량번식이 가능하기 때문에 상동재조합의 대상이 될 수 있었던 반면, 원숭이처럼 느리게 번식하는 동물은 그럴 수가 없었다.

일본 케이오 대학교의 히데유키 오카노 교수(줄기세포 생물학)는 "우리는 비인간 영장류 모델이 필요하다. 왜냐하면 마우스의 신경계는 너무 단순하여, 인간의 정신신경 질환을 재현하기가 매우 어렵기 때문"이라고 말했다.

선행연구에서는 바이러스를 이용하여 영장류의 유전자를 변형해 봤다. 이 방법은 효과적으로 돌연변이를 일으킬 수는 있지만, 돌연변이의 위치를 예측할 수 없고 수(數)를 통제할 수 없다는 문제점이 있었다. 그러나 CRISPR/Cas9라는 유전자편집 시스템이 등장하면서 상황은 달라졌다. CRISPR/Cas9는 주문형 RNA 조각(customizable snippets of RNA)을 이용하여 Cas9라는 DNA 절단효소를 안내하기 때문에 원하는 부분에 돌연변이를 일으킬 수 있다.

황 박사가 이끄는 연구진은 이번 연구에 앞서 실시한 예비실험에서, 원숭이의 세포주에 CRISPR/Cas9를 적용하여 3개의 유전자를 변형시켜 본 결과 각각 10~25%의 성공률을 거뒀다. 예비실험 결과에 고무된 연구진은 곧이어 180개 이상의 원숭이 배아를 대상으로 3개의 유전자를 동시에 변형시키는 연구에 착수했다. 연구 결과 10번의 임신을 통해 83개의 배아가 착상되었는데, 그 중 하나의 배아가 2개의 유전자(Ppar-γ: 대사 조절 유전자, Rag1: 건강한 면역기능에 관여하는 유전자)에 돌연변이를 보유한 쌍둥이를 탄생시켰다.

화이트헤드 생물의학연구소의 루돌프 제니시 박사(줄기세포 연구가)는 이번 연구결과를 "한 마디로 흥미로운 증명"이라고 논평했다. 그러나 그는 "이번 연구결과에서 얻을 수 있는 과학적 통찰력은 거의 없으며, 뭔가 교훈을 얻으려면 심층적인 후속연구가 필요하다"고 덧붙였다. (제니시 박사는 1970년대에 형질전환 마우스 연구의 선구자였다.)

"사실, Ppar-γ와 Rag1이 인간의 질병과 관련되어 있기는 하지만, 두 가지 유전자를 동시에 돌연변이시킴으로써 원숭이에게 특별한 질병을 유발할 수는 없다"고 연구진은 말했다. 연구진은 원숭이의 신체상태를 완전히 검토해 보지 않았으며, 해당 돌연변이가 전신의 세포에 발생했는지도 확인하지 않은 상태다. "우리의 일차목표는 영장류 질병모델의 실행가능성을 확인하는 것이었다. 그러나 이번 연구결과는 `언젠가 다양한 인간질병을 지닌 영장류 모델을 만들 수 있다`는 가능성을 제시한 것만은 분명하다"고 연구진은 말했다.

CRISPR을 이용하여 보다 신뢰성 높은 형질전환 원숭이를 만들려는 경쟁에는 이미 불이 붙었다. 장 박사기 이끄는 연구진은 돌연변이 효율을 증가시키기 위해, 영장류 세포를 대상으로 CRISPR 기술을 최적화하는 연구를 진행하고 있다. 오카노 교수가 이끄는 연구진은 미발표 연구에서, 구식 유전자편집 기술을 이용하여 자폐증과 면역장애를 지닌 원숭이를 탄생시켰는데, 조만간 CRISPR 기술을 시도할 계획을 갖고 있다. 또한 황 박사가 이끄는 연구진도 8건의 다른 임신으로부터 새로운 결과를 기대하고 있다.

출처  http://www.nature.com/news/first-monkeys-with-customized-mutations-born-1.14611