Targeted A-to-G base editing in human mitochondrial DNA with programmable deaminases
이현지
고려대학교 의과대학
미토콘드리아는 세포 내 ATP를 생성하는 소기관이다. 미토콘드리아 안에는 미토콘드리아 DNA(mtDNA) 라는 원형형태의 DNA가 있는데, mtDNA에는 미토콘드리아가 ATP를 생성하는 과정에 필요한 에너지대사 복합체를 구성하는 주요단백질들의 유전정보가 들어있다. mtDNA에 돌연변이가 일어나면 뇌병변, 근육병증, 청각, 시각이상 등에 심각한 증상을 동반하는 미토콘드리아 유전질환(LHON, MELAS, Leigh syndrome 등)이 유발될 뿐만 아니라 암, 당뇨, 노화관련 질환을 일으킬 수도 있다. 지금까지 알려진 mtDNA 병원성 돌연변이의 97%는 점 돌연변이, 즉 하나의 염기만 바뀐 형태이다. 최근까지 mtDNA의 교정은 불가능했고 2020년에 mtDNA 내 시토신(C)를 티민(T)으로 바꿀 수 있는 DdCBE(DddA-derived cytosine base editor) 라는 기술이 개발되었으나 이를 이용하면 10%의 병원성 돌연변이만을 고칠 수 있다. 본 논문에서 연구진들은 TALED(TALE-linked adenine deaminases) 라는 새로운 미토콘드리아 DNA 편집기술을 보고하였는데, TALED는 mtDNA 내 아데닌(A)를 구아닌(G)으로 교정할 수 있다. 아데닌(A)를 구아닌(G)으로 바꾸는 기존의 아데닌 탈아미노 효소(TadA 8e)는 DNA 단일 가닥에 작동하는데, 연구진은 세균에서 유래한 DddA라는 시토신 탈아미노 효소를 함께 구성하여 편집기를 제작했다. DddA가 DNA 이중가닥을 일시적으로 풀어 TadA8e가 DNA에 접근할 수 있게 할 것이라는 가설에서 유래한 방법이다. 이렇게 만들어진 TALED를 인간세포주에 주입하여 mtDNA의 아데닌 염기 교정을 세계 최초로 성공하였다. 또한 연구진은 시토신 탈아민화 효율을 높이는 UGI를 편집기에 연결하면 시토신과 아데닌의 동시교정이 일어나고 UGI를 연결하지 않으면 아데닌의 염기교정만 선택적으로 일어남을 보여주었다. 이러한 TALED를 이용하면 이론적으로 43% mtDNA 병원성 돌연변이를 고칠 수 있다. 본 논문을 통해 연구진은 불가능의 영역이었던 미토콘드리아 염기교정을 성공시키고 미토콘드리아 유전질환의 근본적인 치료 가능성을 제시하였다.
논문 출처: Cell 185, 1764-1776 (2022) DOI: 10.1016/j.cell.2022.03.039
저자: Cho, S. I. et al.
그림 1. TALED. TALED는 미토콘드리아 DNA 내 A를 G로 염기교정 할 수 있는 편집기이다.
