CasMINI 이미지(사진:스탠포드대)
CasMINI 이미지(사진:스탠퍼드대)

스탠퍼드대학교(Stanford University) 연구원들이 '작동하지 않는(non-working)' 크리스퍼(CRISPR) 시스템의 용도를 변경하여 게놈 엔지니어링 도구의 더 작은 버전으로 인간 세포에 더 쉽게 전달할 수 있는 새로운 소형 크리스퍼(CRISPR) 시스템 'CasMINI'를 개발했다.

즉, 그것의 작은 크기는 유전자 치료를 위해 인간의 세포, 조직 및 신체에 전달하기가 더 쉬워진 것이다.

인간의 눈, 간 및 뇌의 질병에 대한 유전자 치료를 위해 사용 중이거나 임상적으로 테스트 중인 다양한 CRISPR 시스템은 모두 동일한 결함으로 범위가 제한적이다. 세포, 조직 또는 살아있는 유기체로 전달하기 어렵기 때문이다.

일반적으로 사용되는 CRISPR 시스템(Cas9 및 Cas12a와 같은 이름은 다양한 버전의 CRISPR 관련 단백질을 나타냄)은 약 1000~1500개의 아미노산으로 구성된 반면 CasMINI는 529개이다.

연구팀은 CasMINI가 더 강력한 대응으로 유전자 코드를 삭제, 활성화 및 편집할 수 있음을 실험에서 확인했다. 더 작은 크기는 인간 세포와 인체에 전달하기가 더 쉬워야 함을 의미하므로 일반적으로 안구 질환, 장기 퇴행 및 유전 질환을 포함한 다양한 질병을 치료하는 잠재적인 도구가 된다.

시스템을 가능한 한 작게 만들기 위해 연구팀은 CRISPR 단백질 Cas12f(Cas14라고도 함)로 시작하기로 결정했다. 왜냐하면 이 단백질에는 약 400~700개의 아미노산만 포함되어 있기 때문이다. 그러나 다른 CRISPR 단백질과 마찬가지로 Cas12f는 단세포 유기체인 고세균계(Archaea. 古細菌界)에서 자연적으로 유래한다.

즉, 인간 세포나 신체는 고사하고 포유류 세포에도 적합하지 않다. 소수의 CRISPR 단백질만이 변형 없이 포유동물 세포에서 작동하는 것으로 알려져 있다. 불행히도 CAS12f는 그 중 하나가 아니다. 인간 게놈 DNA가 미생물 DNA보다 더 복잡하고 접근성이 낮아 Cas12f가 세포에서 표적을 찾기 어렵게 만든다.

연구팀은 Cas12f 시스템의 계산적으로 예측된 ​​구조를 살펴봄으로써, 잠재적으로 이러한 제한을 우회할 수 있는 단백질에서 약 40개의 돌연변이를 신중하게 선택하고 한 번에 많은 단백질 변이체를 테스트하기 위한 파이프라인을 구축했다.

첫 번째 성공적인 결과는 미미했지만 연구팀을 흥분시켰다. 이는 시스템이 작동한다는 것을 의미했기 때문이다. 많은 추가 반복을 통해 연구팀은 단백질의 성능을 더욱 향상시킬 수 있었다.

단백질 공학 외에도 연구팀은 Cas 단백질을 표적 DNA로 안내하는 RNA도 조작했다. 두 구성 요소에 대한 수정은 CasMINI 시스템이 인간 세포에서 작동하도록 하는 데 중요했다. 그들은 HIV 감염, 항종양 면역 반응 및 빈혈과 관련된 유전자를 포함하여 실험실 기반 인간 세포에서 유전자를 삭제하고 편집하는 CasMINI의 능력을 테스트했다. 테스트한 거의 모든 유전자에서 작동했으며 몇 가지에서 강력한 반응을 보였다고 한다.

연구팀은 이미, 유전자 치료법을 추구하기 위해 다른 과학자들과 협력을 시작했다. 그들은 또한 크기가 제한 요인이 될 수 있는 mRNA COVID-19 백신을 개발하는 데 사용된 것과 같은 RNA 기술의 발전에 어떻게 기여할 수 있는지 에도 관심이 있었다. 그리고 이 엔지니어링 접근 방식은 매우 광범위하게 도움이 될 수 있다. 새로운 가능성의 문을 연 것이다. 이 연구 결과는 현지시간 3일, 글로벌 학술지 분자세포(Molecular Cell) 저널에 발표됐다.

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