김동욱 의과대학 교수팀, Fragile X 증후군 유전자 교정 성공

크리스퍼 유전자 가위로 환자 iPS cell에서 교정

의과대학 생리학 교실 김동욱 교수(줄기세포기반 신약개발 연구단장) 연구팀이 세계 최초로 ‘취약 X 증후군’(Fragile X Syndrome) 유전자를 교정하는 데 성공했다.

취약 X 증후군은 가장 흔한 유전성 정신지체 질환으로, FMR1이라는 유전자의 데옥시리보핵산(DNA) 부위에 CGG라는 염기서열이 200개 이상 비정상적으로 늘어나면서 발병한다. 정상인의 CGG 반복서열은 55개 이하다.

이 증후군은 3천600명당 1명꼴로 발생하며, 남성 정신지체 환자 가운데 약 6%, 자폐증의 약 5% 가량을 차지한다. 환자의 30∼50%는 자폐증 진단을 받는 것으로 알려졌으며 근본 치료법은 아직 발견되지 않았다.

연구팀은 유전자의 특정 부위를 잘라내 유전체를 교정하는 ‘크리스퍼 유전자 가위’를 이용해 취약 X 증후군 환자의 역분화 줄기세포(iPS cell, 유도 만능줄기세포)에서 이 질환을 일으키는 반복 CGG 염기서열을 제거했다.

반복 염기서열이 사라지자 FMR1 유전자를 작동하게 하는 프로모터 부분에서 유전자 발현 조절에 중요한 역할을 하는 ‘CpG섬’(CpG island)이 활성화(탈 메틸화)해 유전자가 다시 작동하는 것으로 확인됐다(그림 참조).

김동욱 교수는 “이러한 결과는 CGG반복 서열 존재 여부가 유전자 프로모터 CpG섬의 메틸화반응을 조절해 어떻게 질병 원인 유전자 FMR1을 켜고 끄는지 그 원리를 밝힌 것”이라며 “앞으로 이 질병의 치료법 연구에 큰 단서가 될 것으로 여겨진다.”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 최고 권위를 인정받는 학술지 ‘셀’(Cell)의 자매지 ‘셀 리포트’(Cell Reports) 온라인 판에 지난 10월 2일 게재됐다.

한편 김 교수팀은 세계 최초로 혈우병 환자 줄기세포에서 ‘크리스퍼 유전자 가위’로 뒤집어진 유전자를 교정하고 동물 실험에 성공해 지난 7월 ‘Cell Stem Cell지’에 발표한 바 있다. 또한 유전자 가위를 이용해 혈우병 모델링 및 유전자 교정에 대해 ‘PNAS지’에 발표했다.