원자력연구원, 국내 최초 '크리스퍼 유전자 가위' 영상화에 성공 A radioactive CRISPR interference system...

간경화 치료 목적 진행

 한국원자력연구원이 방사성동위원소 지르코늄-89(Zr-89)을 이용해 국내 최초로 크리스퍼 유전자 가위의 영상화에 성공했다고 23일 밝혔다.

첨단방사선연구소 가속기동위원소연구실 박정훈 박사 연구팀은 유전자 가위 중 하나인 카스12a(Cas12a*) 단백질과 의료용 방사성 동위원소인 지르코늄-89를 접목한 새로운 바이오 소재를 개발했다. 이 새로운 소재는 지르코늄-89에서 나오는 감마선을 추적해 유전자 가위가 어디로 이동하는지 영상으로 확인할 수 있다. 특정 DNA로 찾아가는 유전자 가위의 정확한 위치를 파악해 치료 효과를 높일 수 있어 활용도가 높을 것으로 기대된다.

*Cas12a : 일반적으로 사용하는 유전자 가위인 Cas9 대비 사이즈가 작고 유전자 편집 기능이 더 정교하다

사진 1. 저널 오브 컨드롤드 릴리스(Journal of Controlled Release) 논문 표지, 간경화된 부위가 콜라겐 발현 억제 크리스퍼 단백질로 인해 치유가 된 그림. 크리스퍼 단백질과 지르코늄-89가 합성되어 방출되는 감마선에 의해 체내에 있는 유전자 가위 위치를 영상화할 수 있음

<확대된 크리스퍼 단백질 그림>

노란색 덩어리 = 표적 부위를 자르는 효소단백질

초록색 가느다란 실 = 가이드 RNA

파란색 구 = 방사성 동위원소인 지르코늄-89

노란색 빛줄기 = 감마선

주변을 감싸는 입자 = 지질 나노입자

의료용 동위원소 지르코늄-89는 반감기가 3.3일로 체내에서 오래 머물지 않아 안전한데다, 생체물질을 추적하는 데 적합하고 다른 물질과 결합하기 쉬운 특징이 있다. 하지만 유전자 가위는 분자 크기가 크고 구조가 복잡하여 다른 물질과 결합하는 것이 어려웠다. 연구진은 적절한 배양 온도, 시간 등 최적의 조건을 찾아 유전자 가위의 기능을 유지하면서 지르코늄-89과 합성하는 데 성공했다.

사진 2. 지르코늄-89(89Zr)와 합성한 크리스퍼 단백질이 간경화 질환을 가진 실험용 쥐에 투여되어 72시간동안 추적한 PET 영상자료

상단패널 = 89Zr만 정맥주사 한 경우에는 전체적으로 분포함을 알 수 있음

하단패널 = 지질 나노입자로 둘러싼 89Zr-LbCas12a 단백질이 간부위에 분포되어 있음을 알려

이번 연구는 특히 간경화 치료를 목적으로 진행됐다. 간경화에 악영향을 주는 콜라겐의 증식을 억제하도록 고안된 크리스퍼 유전자 가위를 활용했다. 이 유전자 가위와 지르코늄-89를 합성한 후 체내에서 잘 전달되도록 지질 나노입자로 둘러싸 캡슐화해 정맥주사로 간에 전달했다. 이 과정을 PET 영상으로 확인하면 유전자 가위의 작용 여부를 알 수 있다.

향후 크리스퍼 유전자 가위를 모델링하기에 따라 암과 같은 여러 질환의 진단과 치료가 가능해질 전망이다. 특히 약의 이동과 치료 효과를 즉시 파악할 수 있어 신약 기술 개발이나 연구 등에 활발히 사용될 수 있다.

사진 3. 지르코늄-89가 도입된 콜라겐 전사 억제 크리스퍼 단백질이 마우스에 정맥주사 되어 콜라겐 축적을 억제시켰음을 보여주는 조직학적 자료

왼쪽열 = 정상 마우스의 간염색 사진

중간열 = 간독성이 발생하여 간경화가 진행된 마우스의 간염색 사진

오른쪽열 = 콜라겐 증식 억제 크리스퍼 단백질을 처리한 마우스의 간염색 사진

과학기술정보통신부 원자력연구개발사업과 개인기초연구지원사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 그 우수성을 인정받아 약물 전달 분야의 세계적인 권위를 자랑하는 학술지 ‘저널 오브 컨트롤드 릴리스(JCR, Journal of Controlled Release)'의 표지 논문*(지르코늄-89로 표지된 LbCas12a를 이용한 방사성 크리스퍼 간섭 시스템)으로 선정되어 24년 1월에 게재되었다. 국내에서는 포스텍 생물학연구정보센터에서 주관하는 ‘한국을 빛낸 사람들’ 누리집에도 논문이 등재됐다.

※ 논문명: A radioactive CRISPR interference system using 89Zr-labeled LbCas12a

첨단방사선연구소 가속기동위원소개발실 박정훈 실장은 “앞으로도 의료용 방사성동위원소와 바이오 소재 기술을 기초연구 분야와 접목해 국민이 체감할 수 있는 연구 성과를 계속해서 도출해 내겠다.”라고 밝혔다.

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