유전질환을 근본적으로 치료하기 위해서는, 질병을 일으키는 DNA 돌연변이를 정상으로 되돌리는 것이 필요합니다. CRISPR-유전자가위 단백질(CRISPR-Cas9)은 가이드RNA와 결합하여 작동하는 인공효소로서 대상DNA염기서열(target DNA sequence)에 결합하고 절단합니다. 연구자들은 2012년 CRISPR-유전자가위로 자른 대상DNA염기서열을 세포가 인지하고 수선하는 과정에서 대상DNA를 원하는 형태로 교정할 수 있다는 것을 밝혀냈으며, 이를 다양한 유전질환을 대상으로 하는 유전자치료제 개발에 적용하고 있습니다.

그러나 자연계에 존재하는 CRISPR-유전자가위는 대상DNA를 절단하고 교정하는 효율이 너무 낮거나, 대상DNA가 아닌 다른 DNA서열를 변화시키는 부작용 (표적이탈효과)이 발생하는 단점이 발생하곤 합니다. 이를 극복하기 위해 대상DNA염기서열을 결정하는 가이드RNA 서열을 바꾸거나, 유전자가위 단백질의 변형체를 일부 만들어 사용해왔습니다. 하지만 유전자교정효율 및 표적이탈효과는 유전자가위 단백질의 서열, 가이드RNA서열, 그리고 대상DNA염기서열의 복잡한 상호작용에 의해 결정되기 때문에, 기존의 방법으로는 효율을 극대화하고, 표적이탈효과를 줄이는데 실패하는 경우가 많았습니다. 

저희 연구팀은 유전자가위에 대한 대량의 데이터를 확보하고 이를 딥러닝 기법으로 분석하여, 대상DNA염기서열에 따라 유전자교정 효율은 극대화하고 표적이탈효과는 최소로하는 새로운 유전자가위를 설계하는 방법을 개발할 것입니다. 이 기술을 이용하여 다양한 유전질환의 원인이되는 돌연변이 대상염기서열에 대해, “대상염기서열 맞춤형 Cas9 유전자가위”를 제작하고자 합니다. 새로운 유전자가위 설계법 및 이를 이용해 제작한 유전질환 맞춤형 Cas9 유전자가위들은 치료효과와 안전성이 높은 고성능 유전자가위 치료제를 개발하는 핵심 기술이 될 것으로 기대하며, 이를 통해 여러 환자분들의 고통을 경감하는데 이바지할 것입니다.