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2015년 노벨 화학상의 영광은 DNA 수선기작에 대한 연구를 한 Thomas Lindahl, Aziz Sancar, Paul Modrich에게 돌아갔습니다.
Thomas Lindahl은 DNA의 chemical weakness에 대한 수선에 관해 연구했습니다. 사이토신(C)가 아미노기를 잃고 우라실(U)로 변형되면 상보적인 결합을 할 수 없게 됩니다. 이것을 인식하고 글리코실레이스(glycosylase)라는 효소가 우라실(U)을 잘라냅니다. 다음 DNA중합효소와 DNA합성효소로 사이토신을 다시 넣어 수선을 완료합니다.
Aziz Sancar는 자외선때문에 손상을 받은 DNA를 수선하는 기작을 밝혔습니다. 자외선에 의해 티민(T) 이량체가 형성되면 뉴클레오타이드분해효소(exinuclease)가 티민(T)이량체를 제거합니다.
Paul Modrich는 DNA 복제과정에서 짝을 잘못 이루는 경우인 mismatch에 관한 수선에 대해 연구했습니다. 댐 메틸분해효소(Dam metylase)가 잘못된 DNA에 메틸기를 붙여서 MutS, MutH, MutL가 DNA를 제거할 수 있게 해줍니다.
DNA 수선기작에 관한 관련 연구로 저는 Mechanistic Modelling of DNA Repair and Cellular Survival Following Radiation-Induced DNA Damage를 찾았습니다. 한국어로 번역하면 방사선에 의한 DNA 손상에 따른 DNA 복구 및 세포 생존의 메커니즘 모델링입니다.
이 연구는 방사선 치료를 할 때 개인마다 치료 용량을 처방하기 위해 수학적으로 모델링하려는 목적으로 이루어졌습니다. 모델링 내용은 전문적인 내용이라 생략하겠습니다.
또한 저는 유전자 가위도 DNA의 수선이라고 생각하여 CRISPR 유전자 가위를 소개하려합니다. CRISPR 유전자 가위는 원하는 부분의 서열만을 잘라낼 수 있는 인공 제한효소입니다. 인위적으로 필요한 서열을 바꿀 수 있다는 것이 큰 장점이죠. 원래 CRISPR-Cas9은 세균이 자신을 바이러스로부터 보호하기 위해 사용하는 방법이였습니다. 바이러스의 DNA가 세균의 DNA에 삽입되면 그 DNA를 제거하기 위해 Cas9이 작동하는 것입니다.
이것을 착안해 인간에게도 사용할 수 있는 CRISPR 가위가 제작되었습니다. Cas9과 원하는 DNA로부터 전사된 RNA가 결합하여 원하는 DNA를 찾아내면, 그 DNA를 절단하는 것입니다.
DNA를 절단함으로써 유전적 오류를 인위적으로 수정할 수 있습니다. 실제로 유전자 가위를 활용해 혈우병을 치료하는 기술을 개발했다고 합니다. 또한 절단한 사이에 새로운 유전정보를 삽입할 수도 있습니다. 이를 통해 GMO를 만들 수 있습니다.
그런데 비슷한 서열을 가진 엉뚱한 곳에 갈 수 있기 때문에 제대로 적용이 되었나 확인이 필요합니다. Multiplex Digenome sequencing은 유전자가위의 비표적 위치를 분석하고 이를 점수화할 수 있는 방법입니다.
