CRISPR Cas 9이 유전자치료에 이용될 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 분자생물학적 기법으로 원핵생물이 지닌 방어체계인 CRISPR Cas 9이 유전자치료에 이용될 수 있는 원리는 무엇인가요?
CRISPR-Cas9은 정교한 유전자 가위 역할을 하여 유전자 치료에 사용되는 것입니다.
안내 RNA(gRNA)는 유전 질환을 일으키는 특정 표적 DNA 서열을 찾아내고, Cas9단백질은 gRNA가 유도한 표적 위치에서 DNA의 이중 가닥을 정확하게 절단합니다.
그럼 세포는 이 절단된 DNA 손상을 복구하기 위해 자체 DNA 복구 메커니즘을 활성화하는데, 이 복구 과정을 조절하여 원하는 유전자 교정을 진행하는 것입니다.
안녕하세요.
질문해주신 CRISPR-Cas9은 원래 박테리아의 면역 시스템인데요, 박테리아는 바이러스가 침입하면, 그 바이러스 DNA의 일부를 잘라 CRISPR 배열에 넣어 둡니다.
그리고 나중에 같은 바이러스가 다시 침입하면, 저장해 두었던 정보로 만든 guide RNA(gRNA)를 이용해 Cas9 효소가 정확히 그 바이러스 DNA를 찾아 절단합니다. 이때 핵심 기능은 두 가지인데요 특정 서열을 인식하는 가이드 RNA와 그 위치를 자르는 Cas9 절단 효소입니다.
우리 세포의 DNA는 매우 길고 복잡해서, 특정 유전자의 특정 염기만 바꾸는 것은 매우 어려운데요 하지만 Cas9 + gRNA에서 가이드 RNA를 바꾸면 표적 위치를 자유롭게 선택할 수 있고, gRNA는 20염기 정도의 서열로 표적 DNA를 인식합니다. 즉, gRNA 서열만 바꿔주면 Cas9을 원하는 유전자 위치로 정확하게 유도할 수 있습니다.
이후 Cas9은 도착한 위치에서 DNA 이중가닥을 정확하게 절단하며 절단된 DNA는 세포 스스로 갖고 있는 DNA 수선 시스템에 의해 다시 이어지는데, 이 과정에서 연구자가 원하는 방식으로 돌연변이 유도, 정상 서열 삽입, 결함 서열 제거 등을 유도할 수 있습니다.
즉 CRISPR-Cas9은 유전체를 정확하게 자르고, 세포의 복구 기작을 유도해 원하는 변화를 만드는 시스템입니다. 이 특성을 이용해 문제를 일으키는 유전자를 비활성화시키고 싶을 때 사용할 수 있습니다.Cas9으로 유전자를 절단하면, 세포는 빠르게 이어 붙이지만 오류가 자주 발생하여 해당 유전자가 불활성화됩니다. 예를 들어서 암 세포에서 특정 성장 관련 유전자 제거, HIV 감염 세포에서 바이러스 DNA 절단 등이 있습니다. 또는유전질환처럼 특정 유전자에 이상이 있을 때에는, Cas9이 절단한 틈에
정상 DNA 조각을 제공하면 세포는 이를 템플릿으로 사용하여 유전자를 정확하게 교정합니다. 감사합니다.
CRISPR Cas9은 가이드 RNA(gRNA)를 이용하여 특정 염기 서열을 정확하게 인식하고, Cas9 단백질의 핵산 분해 효소 활성을 통해 해당 DNA 이중 가닥을 절단하여 유전자 교정 및 편집을 가능하게 하는 원리로 유전자 치료에 이용될 수 있습니다. DNA가 절단되면 세포 자체의 복구 기전(비상동 말단 연결(NHEJ) 또는 상동성 유도 복구(HDR))을 이용하여 유전자를 비활성화하거나(NHEJ), 원하는 새로운 유전 정보로 대체(HDR)할 수 있는데, 이러한 정밀한 유전자 편집 능력이 질병을 유발하는 유전자를 교정하는 유전자 치료의 핵심 원리가 됩니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
Cas9이 gRNA와 결합해 표적 DNA서열을 정확히 절단하면 세포의 DNA복구기작이 활성화되어서 유전자를 제거하거나 원하는 서열로 치환할 수 있습니다.
즉, 특정돌연변이를 직접 수정하거나 정상유전자를 삽입해서 질병원인을 근복적으로 교정할수있다는점이 치료 응용의 핵심입니다.
감사합니다.