마땅한 치료법 없는 '미토콘드리아' 질환, DNA 바꿔 고친다

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 시토신 염기교정효소(DdCBE)를 동물에 적용해 그동안 치료가 어려웠던 미토콘드리아 질환 치료제 개발 가능성을 높였다.

기초과학연구원(IBS)은 유전체교정 연구단이 DdCBE를 이용해 생쥐 미토콘드리아 DNA의 특정 염기를 바꿨다고 19일 밝혔다.

DdCBE 미세주입법을 이용한 미토콘드리아 DNA 교정 생쥐 제작.(자료=기초과학연구원)

미토콘드리아는 에너지를 만들어내는 세포 내 소기관이다. 미토콘드리아 DNA에 변이가 일어나면 시력·청력뿐 아니라 에너지가 많이 필요한 중추신경계·근육·심장에 치명적인 결함이 발생할 수 있다. 미토콘드리아 DNA는 모계 유전되기 때문에 모체의 미토콘드리아 DNA에 결함이 있으면 다음 세대에도 전달된다.

미토콘드리아 질환은 5000명 중 한명 꼴로 발생하는 비교적 흔한 유전질환이지만 마땅한 치료법이 없다. 유전체 교정 기술로 널리 쓰이는 크리스퍼 유전자가위(CRISPR-Cas9)로도 미토콘드리아 DNA 교정이 불가했다.

지난해 세균에서 유래한 DddA 탈아미노 효소가 DNA 이중 나선의 시토신(Cytosine) 염기를 티민(Thymine)으로 바꿀 수 있다는 사실이 알려지면서 이를 활용한 새로운 염기교정효소인 DdCBE가 제작됐다. 미토콘드리아 DNA 교정은 가능해졌지만, 세포 수준의 연구에 그쳐 질환 치료에 쓰려면 DdCBE가 동물 개체 수준에서도 정상적으로 작동하는지 확인해야 했다.

연구팀은 우선 다양한 조합의 DdCBE를 생쥐 세포주 수준에서 선별해 가장 효율이 높은 DdCBE를 선정했다. 이후 DdCBE를 생쥐 배아에 미세주입하고, 미토콘드리아 DNA에 작용시켜 시토신 염기를 티민으로 바꿨다. 미토콘드리아 DNA 서열이 변환된 동물을 처음 만든 것이다.

연구팀은 어미 생쥐의 교정된 미토콘드리아 DNA 서열이 다음 세대에게도 온전히 전달된다는 사실도 확인했다.

연구를 주도한 이현지, 이성현 선임연구원은 “미토콘드리아 DNA를 동물배아 수준에서 정밀하게 교정할 수 있게 됐다”며 “미토콘드리아 질환 기작 연구와 치료제 개발에 새 길을 열 것”이라고 기대했다.

연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 19일자 오후 7시 온라인 판에 게재됐다.