[바이오토픽] CRISPR를 둘러싼 논쟁 2라운드: 유전자가위냐 RNA 가위냐? 생명과학  양병찬 (2016-06-07 09:21) 왼쪽부터 다우드나, 진 요, 장 펑 DNA를 절단하는 유전자가위를 개발한 과학자들이, 이번에는 RNA를 겨냥하고 절단하는 RNA가위를 개발했다. 새로 개발된 절단도구는 과학자들로 하여금 'RNA가 세포와 질병에서 수행하는 역할'을 이해하게 해줄 뿐 아니라, 언젠가 헌팅톤병에서부터 심장병에 이르기까지 다양한 질병을 치료하는 데도 유용할 것으로 기대된다. 브로드 연구소의 장펑 박사가 이끄는 연구진은 RNA가위를 개발하기 위해 CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)를 이용했다. CRISPR는 세균이 병원체를 물리치기 위해 진화시킨 시스템으로, 종전에는 DNA를 편집하는 데 사용되었지만, 'RNA를 편집하는 데도 사용될 수 있다'는 이론이 제시된 바 있다. 지난주 금요일 《Science》에 실린 논문에서(참고 1), 장펑은 CRISPR의 다른 측면을 체계적으로 탐구했다. "자연은 이미 흥미로운 메커니즘을 모두 발명했으며, 우리는 단지 그것을 만지작거리며 여러 모로 활용하는 궁리를 하고 있을 뿐이다. 다시 말해서, 우리는 그 메커니즘을 이해하여, 인간에게 유용한 도구로 전환시키려고 노력하고 있다"라고 장펑 박사는 말했다. 그러면서 그는 자신을 보물사냥꾼(treasure hunter)에 비유했다. 장펑에 의하면, 이번 논문이 기존의 특허전쟁, 즉 '누가 CRISPR?Cas9라는 유전자편집 방법에 대한 권리를 갖고 있는가?'라는 다툼에는 영향을 미치지 않을 거라고 한다(참고 2). UC 버클리의 제니퍼 다우드나와 프랑스의 엠마뉴엘 샤펜티어가 이끄는 연구진은 CRISPR?Cas9에 관한 논문을 세계 최초로 발표하고, 세균이 그것을 어떻게 사용하는지를 설명한 바 있다(동영상 참조 https://youtu.be/6vyomsWHgCo). 이에 반해 장펑이 이끄는 연구진은 CRISPR?Cas9를 포유류의 세포에 사용하는 방법을 최초로 개발했다. 그런데 아이러니하게도, 이번에는 방향이 정반대다. 다우드나는 지난 3월 《Cell》에 발표된 논문의 공저자인데, 그 논문에서 저자들은 CRISPR?Cas9를 이용하여 포유류 세포의 RNA를 절단하는 방법을 기술했다(참고 3). 이에 반해 장펑이 이번에 발표한 논문은 세균에 집중하고 있다. 다우드나와 장펑이 각각 제시한 RNA 조작방법(RNA manipulation method)은 동일한 목표에 접근하는 대등한 방법(상호 보완적인 방법)일 수도 있지만, 어느 하나가 다른 하나보다 더 효과적일 수도 있다. 지난주 행한 언론과의 인터뷰에서, 두 팀은 서로 상대방을 칭찬하는 동시에 각각 자신의 장점을 내세우며 신경전을 벌였다. 먼저 장펑의 말을 들어보자. "내가 개발한 새로운 방법은 C2c2라는 효소를 이용하는데, 기존의 천연시스템에 의존하므로, 조작을 많이 요하는 다우드나의 방법보다 더 효과적일 것이다." 반면에, 《Cell》 논문의 주요저자인 진 요(Gene Yeo; UCSD 세포 및 분자의학 교수)는 이렇게 말했다. "나는 다우드나 및 장펑과 협력했으며, 내 논문은 과학을 이끄는 우호적 경쟁(friendly competition)의 연장선에 있다. 나를 비롯하여 많은 그룹들 간에는 늘 약간의 경쟁이 있기 마련이며, 나는 과학적 경쟁이 좋은 거라고 생각한다. 사람들은 경쟁을 통해 경계선을 좀 더 밀고나가는 경향이 있다." 그러면서 진요는 "C2c2 시스템이 포유류 세포에서 작동하는지 증명된 바 없다"고 지적했고, 장펑은 "낙관적인 미발표 자료가 있다"고 맞받았다. 진요에 의하면, "양측의 접근방법이 임상시험을 통해 증명되려면 갈 길이 아직 멀지만, 전망은 밝다"고 한다. RNA를 겨냥하면, 'RNA의 변화가 생물학적 변화와 질병으로 이어지는 과정'을 이해할 수도 있다는 게 그의 생각이다. "RNA를 겨냥하면 RNA를 모니터링하고 연구하는 데 큰 도움이 된다. 그로 인해 RNA는 DNA와 단백질을 매개하는 단백질에 불과한 게 아니라, 질병과 발달장애 등을 치료하는 도구가 될 수도 있다는 생각이 확산될 것이다"라고 그는 말했다. 유전자는 두 가닥의 DNA으로 구성되어 있는데, DNA는 한 가닥의 RNA를 만들고, RNA는 생명에 필요한 단백질을 생성하게 된다. 많은 질병들은 단백질의 과잉 또는 결핍에서 유래한다. 따라서 이론적으로, RNA를 조작하면 단백질 생성을 증가/감소시킴으로써 질병을 치료할 수 있다. 유전자편집이 일부 질병을 치료하는 데 우수한 접근방법인 것은 분명하지만, RNA 조작은 DNA 조작에 비해 윤리적 문제를 덜 야기한다는 장점이 있다. "DNA 편집의 문제는 영구적이라는 것이다. DNA 편집의 결과가 좋을 수도 있지만, 만약 실수를 한다면 어떻게 할 것인가? 어떤 경우, 예컨대 뇌세포의 경우에는 DNA 복구 메커니즘이 워낙 강력하므로, DNA를 절단하는 것보다는 RNA를 조작하는 게 더 효율적일 수 있다"라고 진요는 말했다. 그는 바이오업체를 설립하여, RNA 편집을 통해 질병을 치료하는 방법을 연구하기 시작했다. 《Science》 논문에 의하면, "C2c2를 이용하여 RNA에 형광태그를 붙임으로써, RNA의 활동을 추적하고 더 잘 이해할 수도 있다"고한다. 장펑에 의하면, 그는 오랫동안 RNA를 겨냥하는 방법을 개발하는 데 관심을 갖고 있었다고 한다. 그가 이끄는 연구진은 RNA의 기능을 이해하기 위해 다른 종류의 CRISPR 시스템을 연구해 보기로 결정했고, 연구 결과 발견된 'RNA 겨냥 시스템'이 바로 C2c2다. 이번 연구에는 하버드와 MIT의 과학자들뿐만 아니라, 미 국립보건원(NIH), 럿거스 대학교, 러시아의 숄코보 과학기술연구소의 과학자들도 참여했다. 특정한 DNA를 겨냥하는 Cas9 시스템과 마찬가지로, C2c2 시스템도 원하는 RNA 시퀀스를 직접 겨냥할 수 있으며 오발사고(off-target effect)가 거의 없는 것이 장점이라고 한다. "C2c2가 진화된 이유는 RNA 가이드(RNA guide)를 이용하여 RNA를 겨냥하기 위해서다"라고 장펑은 말했다. 장펑의 동료로 이번 논문에 공저자로 참여한 미 국립 생명공학정보센터(National Center for Biotechnology Information)의 유진 쿠닌 박사(진화유전학)는 C2c2 시스템을 좀 더 시적(詩的)으로 표현했다. "간단히 말해서, 생물의 진화란 '숙주와 기생충 간의 대단한 상호작용 스토리'다. 숙주와 기생충 간의 군비경쟁을 연구하면, 좀 더 복잡하고 신기한 방법을 발견할 수 있다. 그것은 세포생물이 기생충에 대응하고, 기생충이 카운터펀치를 날리는 방법이다." ※ 참고문헌 1. Abudayyeh, O. O. et al, "C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector", Science http://dx.doi.org/10.1126/science.aaf5573 (2016).2. http://www.nature.com/news/how-the-us-crispr-patent-probe-will-play-out-1.195193. Nelles, D. A. et al Cell 165 488?496 (2016). ※ 출처: Nature http://www.nature.com/news/crispr-gene-editing-system-unleashed-on-rna-1.20030 http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=272763