'유전자 가위'로 살아있는 세포의 유전자 추적한다

세포 속 유전자 움직임 장시간·고감도 관측 가능
유전자 발현에 영향 'DNA 응집구조' 관측 가능

개발된 CRISPR(크리스퍼) 기반 DNA 위치 추적 시스템 및 동선 분석 결과

[아시아경제 황준호 기자] 유전자 가위(CRISPR) 기술로 세포 속 유전자(DNA)의 움직임을 추적하는 기술이 개발됐다. 이를 통해 DNA의 응집 구조인 크로마틴 구조 변화를 실시간으로 볼 수 있다. 크로마틴 구조 변화와 유전자 발현, 노화, 암 간의 연결 고리를 찾는데 기여할 기술이 될 것으로 예상된다.

김하진 울산과학기술원 바이오메디컬공학과 교수의 연구팀은 유전자 가위 기술을 응용해 세포 핵 속에 뭉쳐진 유전자의 움직임을 추적하는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 이번 연구 결과는 게놈 리서치에 최근 실렸다.

유전자 가위로 크로마틴 실시간 추적

유전자 가위는 유전자 속 특정 영역(유전자)을 편집해 유전질환 등을 교정하는 기술이다. 유전자의 특정 영역(유전자)을 자르는 '가위 효소'와 이 효소를 안내하는 'gRNA'로 구성된다.

연구진은 가위 효소에 유전자의 특정 영역에 결합하는 세 조각으로 구성된 형광 단백질을 붙였다. 형광체에서 나오는 빛을 분석하면 유전자의 위치와 모양을 실시간 추적할 수 있다. 또 위치 추적 과정에서 '잡음 신호'를 줄이는 기법을 적용해 기존의 유전자 가위 기반 이미징 방법보다 정확도와 해상도가 높을 뿐만 아니라 유전자의 위치를 장시간 추적할 수 있도록 했다.

연구팀은 이 기술을 활용해 크로마틴 구조 변화를 실시간으로 관측할 수 있다고 밝혔다. 크로마틴은 2m나 되는 유전자를 수 마이크론 크기의 세포핵 속에 뭉쳐놓은 구조로 돼 있다.

김하진 교수는 "크로마틴 구조 변화와 유전자 발현, 노화, 암 간의 정확한 연결 고리를 찾기 위해서는 크로마틴의 움직임을 실시간으로 관측하는 새로운 기술 개발이 필요하다"고 설명했다.

유전자 풀리기도 하지만 움직이기도 한다

나렌드라 차드리 연구원(우측부터), 김하진 교수, 노시형 연구원

특히 연구팀은 유전자가 물 속 잉크가 퍼지는 것처럼 수동적인 확산을 보일 뿐만 아니라 능동적으로 위치를 옮기는 현상을 확인했다. 새로 개발된 이미징 기법을 이용해 DNA 특정 영역의 움직임을 장시간 추적한 결과다.

제1저자인 나렌드라 차드리 연구원은 "유전자는 엉켜있는 긴 실과 같은 구조이기에 능동적 움직임이 없다면 확산되지 않을 것으로 예상했지만, 이번 연구를 통해 초확산 현상을 보인다는 것을 확인했다"고 밝혔다.

이는 각종 유전정보 처리 과정에서 유전자가 능동적으로 움직인다는 최근 연구 결과와 일치한다. 기존에는 유전자가 움직이지 않고 단백질 효소들이 유전자를 찾아가 유전자의 고장 난 부분을 고치거나 유전자에 저장된 유전정보를 발현시키는 것으로 알려져 있었다.

김 교수는 "개발한 크로마틴 이미징 기술과 크로마틴 3차원 구조 측정 기술을 결합해 암 등의 유전체 질병에 대한 새로운 바이오마커를 발굴하고, 이를 질병의 진단과 치료에 활용할 수 있을 것"이라고 기대했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr