Ezs 지식탐구/Ezs 論文

Ezs 오진수 2020. 7. 9. 19:56

 

생명과학 분야에서 가장 주목받는 유전자 가위기술은 오류가 가장 적고 정확한 유전자 편집기술이다. 국내 연구진은 염기교정 유전자 가위기술로 나타날 수 있는 오류를 사전에 파악할 수 있는 인공지능 알고리즘을 찾아냈다.미국 국립보건원(NIH) 제공

국내 의과학자들이 유전자가위의 안전성을 높일 수 있는 인공지능 알고리즘을 개발했다.

연세대 의대 약리학교실, BK21연세의과학사업단, 의생명과학부, 연세세브란스아동병원 소아과, 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단, 서울대 전기정보공학부, 연세세브란스아동병원 소아과 공동연구팀은 유전질환의 절반 이상을 차지하는 점돌연변이 교정을 위한 염기교정 유전자가위의 교정효율과 결과를 예측할 수 있는 인공지능(AI) 알고리즘을 개발했다고 9일 밝혔다. 이번 연구결과는 생명공학 분야 국제학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’ 7일자에 실렸다.

DNA의 가닥을 바꾸는 것이 아니라 특정 염기만 바꿀 수 있는 염기교정 유전자가위는 3세대 유전자가위 기술인 크리스퍼 유전자가위에서 파생된 새로운 형태의 기술이다. 염기교정 유전자 가위는 아데닌(A)을 구아닌(G)으로 바꿀 수 있는 ‘아데닌 염기교정 유전자가위’와 시토신(C)을 티민(T)으로 바꿀 수 있는 ‘시토신 염기교정 유전자가위’가 있다.

최근 개발된 염기교정 유전자가위 기술은 정밀하고 효율이 높지만 교정해야 할 염기가 비슷한 위치에 여러 개 있을 경우 교정 후 단백질 아미노산이 일부 바뀌어 변이가 일어날 수가 있다.

연구팀은 다양한 형태의 염기교정 유전자가위를 만들고 각각의 효율과 정확성에 대한 빅데이터를 확보해 인공지능 딥러닝으로 분석해 ‘염기교정 결과예측 프로그램’을 개발했다. 연구팀은 이 프로그램을 이용해 2만 3479개의 점돌연변이 유전질환 중에 표적염기가 1개이고 교정 효율이 높을 것으로 예상돼 유전자편집을 시도해볼 만한 질환을 분석한 결과 1차적으로 낭포성 섬유증을 포함해 3058개 점돌연변이 유전질환을 선별해냈다.

김형범 연세대 의대 교수(약리학교실)는 “이번 기술을 활용하면 다양한 염기교정 결과물의 빈도를 예측함으로써 안전한 교정이 가능한 유전자가위를 선택할 수 있게 된다”라며 “연구자들에게 1차적으로 선별된 유전자가위와 질환정보를 사전에 제공해 연구방향과 전략을 세우는데도 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

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Ezs 지식탐구/Ezs 論文

Ezs 오진수 2020. 7. 6. 13:59

 

 

국내연구진이 지적장애 및 뇌전증을 유발하는 유전자의 뇌기능을 구체적으로 규명했다. [헤럴드경제DB]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국뇌연구원은 이계주 연구그룹장과 고려대 한기훈 교수‧서울대 최세영 교수 공동연구팀이 마우스 모델을 활용해 지적장애와 뇌전증을 유발하는 것으로 알려진 ‘CYFIP2’ 유전자의 뇌기능을 구체적으로 규명했다고 6일 밝혔다.

지능 발달의 장애로 학습과 일상생활의 어려움을 겪는 지적장애와 의식 소실, 발작 등이 동반되는 뇌전증(간질)은 뇌기능 이상으로 초래되는 대표적 질환이다. 현재까지 지적장애 및 뇌전증 발병과 관련된 다수의 유전자 변이가 보고되었으나, 이들이 뇌기능 이상을 초래하는 구체적 기전이 규명된 경우는 많지 않다.

연구팀은 환자 유전체 분석에서 CYFIP2 유전자의 변이가 지적장애 및 뇌전증과 반복적으로 연관된다는 해외 연구사례에 주목했다. CYFIP2의 발현이 감소된 마우스 모델을 제작하고 기억, 의사결정, 공감능력, 감정조절 등과 관련 있는 뇌 내측전두엽피질 영역에서 나타나는 변화를 분석한 결과, 다양한 신경세포 중 제5층 신경세포에서 선택적으로 변화가 있음을 발견했다.

CYFIP2의 발현이 감소된 마우스의 제5층 신경세포는 정상 마우스의 신경세포에 비해 시냅스의 크기가 커져 있었으며, 신경세포의 흥분성이 과도하게 증가돼 있었다. 신경세포의 흥분성 증가는 뇌전증의 주된 원인 중 하나로 알려져 있는데, 실제로 CYFIP2의 발현이 감소된 마우스는 뇌전증 증상을 유발하는 약물에 훨씬 민감하게 반응했다.

또한 리튬 약물이 양극성장애(조울증) 및 X염색체에 존재하는 유전자 이상으로 생기는 지적장애 질환인 취약X증후군 등의 뇌질환 증상을 개선한 점에 주목, CYFIP2의 발현이 감소된 마우스에서도 리튬의 효과를 확인해보았다.

그 결과 내측전두엽피질 제5층 신경세포에서 과도하게 증가됐던 흥분성뿐만 아니라, 뇌전증 유발 약물에 대한 민감성과 행동학적 이상 등이 모두 정상 수준으로 회복됨을 발견했다.

이러한 연구결과는 CYFIP2 유전자의 뇌기능을 구체적으로 규명함과 동시에, CYFIP2 유전자 변이에 의해 초래되는 지적장애 및 뇌전증 증상의 치료법 개발에도 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

이번 연구성과는 임상신경학‧신경과학분야 국제학술지 ‘신경학연보’ 6월 20일자 온라인판에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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