| 유전·발달생물연구소, 개체 수준 단일염기 편집시스템에 존재하는 표적이탈 효과 | ||
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 인간 유전질환 및 농작물 농업형질은 많은 경우 유전체의 단일 또는 소수 뉴클레오티드의 돌연변이에 의하여 유발된다. 그러므로 유전체의 핵심 뉴클레오티드 변이 감정 및 방향성 보정은 인간 유전질환 치료 및 동식물 육종의 주요한 방향이다. 유전자 편집 도구인 단일 염기 편집기 개발은 방향성 편집 및 유전체의 핵심 뉴클레오티드 변이 보정에 주요한 도구를 제공하였으며 유전자 편집 도구의 유전질환 치료 및 동식물 신품종 육성 등 분야에서 잠재적 응용 가치를 과시하였다. 단일 염기 편집기는 주로 사이토신 단일 염기 편집기(CBE) 및 아데닌 단일 염기 편집기(ABE) 2종 유형으로 나눌 수 있으며 각각 사이토신데아미나아제 또는 개질된 아데닌데아미나아제와 nCas9 단백질 융합에 의하여 유래되고 따라서 유전체의 표적 위치에서 C>T 또는 A>G의 염기 편집을 구현할 수 있다. 그러나 해당 표적이탈 효과에 대한 검출은 매우 충분하지 못하며 데이터는 주로 체외 실험 연구 또는 생물정보학적 소프트웨어를 이용하여 예측한 제한된 표적 시퀀스 유사 위치 검출에서 유래되었고 CBE 및 ABE가 체내 전유전체 범위에서의 표적이탈 효과를 평가되지 않았다. 최근, 중국과학원 유전·발달생물학연구소 가오차이샤(高彩霞) 연구팀은 식물의 BE3(융합 rAPOBEC1 사이토신데아미나아제 기반 CBE 시스템), HF1-BE3(고충실도BE3) 및 ABE 단일 염기 편집 시스템의 특이성에 대한 전유전체 수준 평가를 수행하였으며 최초로 체내에서 전유전체 시퀀싱 기술을 이용하여 해당 3종 단일 염기 편집 시스템의 유전체 수준에서 표적이탈 효과를 전면적으로 분석·비교하였다. 해당 연구에서 다양한 단일 염기 편집 시스템 전환을 경과한 56개 T0세대 벼 식물체 및 21개 대조 식물체에 대한 전유전체 시퀀싱을 수행하였다. 심층적인 시퀀싱 통계 분석 결과, 단일 염기 편집 시스템으로 처리한 후 유전체의 삽입 또는 결실(indels) 돌연변이 수는 대조군에 비하여 뚜렷한 변화가 없지만 BE3와 HF1-BE3는 sgRNA의 존재 유무에 관계없이 벼 유전체에서 대량의 모노뉴클레오티드 변이(SNVs)를 생성하며 또한 대부분은 C>T 유형의 염기 돌연변이임을 발견하였다. 아그로박테리움(Agrobacterium) 전환을 경과하였지만 어떠한 염기 편집 시스템도 함유하지 않은 대조군 식물체에 비하여 BE3 시스템 및 HF1-BE3 시스템으로 처리한 식물체는 유전체 범위에서 C>T SNVs는 각각 94.5% 및 231.9% 증가되었으며 98개 C>T SNVs 및 242개 C>T SNVs가 추가 생성되었다. 더욱 주요한 것은 Cas-OFFinder 소프트웨어 예측 결과와 비교한 결과, 해당 추가 증가된 C>T SNVs는 대부분 현재의 소프트웨어로 표적이탈 위치를 관측할 수 없다는 점이다. 이외에 해당 C>T 변이는 염색체 사이에 균일하게 분포되었지만 전사 활성 영역에서 축적되는 추세를 나타냈다. 해당 영역은 단일 사슬 DNA를 방출하여 사이토신데아미나아제에 대하여 적합한 기질을 제공하는 경향이다. 연구 과정에서 또한 CBE 시스템과 반대로 ABE 시스템은 아주 높은 특이성을 나타냄을 발견하였다. ABE로 처리한 식물체 및 대조군 식물체는 전유전체 범위에서 SNVs 수는 기본적으로 일치하였다. 연구 결과, ABE 시스템 보다는 기존의 BE3 및 HF1-BE3 시스템이 식물체내에서 예측하기 어려운 표적이탈 돌연변이를 유발할 수 있기에 해당 특이성을 한층 더 최적화하여 향상시킬 필요성이 있다. 해당 연구에서 독창적으로 유전 배경이 유사한 클론식물 및 전유전체 재시퀀싱을 이용하여 기존에 대량 이질세포 시퀀싱 분석 과정에서 존재하는 복잡성을 해결하였다. 해당 결과는 "Science"에 온라인으로 게재되었다. 타이틀 그림: (A) 실험 절차 및 설계 (B)BE3, HF1-BE3 및 ABE 시스템이 전유전체 범위에서 생성한 C>T SNVs 수 (C)BE3, HF1-BE3 및 ABE 시스템이 유전체내 각종 기능 영역에서 생성한C>T SNVs가 총 C>T SNVs에서 차지하는 비율 (D)BE3, HF1-BE3 및 ABE 시스템이 높은 전사 영역에서 생성한 C>T SNVs가 총 C>T SNVs에서 차지하는 비율 비교 정보출처 : https://mp.weixin.qq.com/s/Mhmn7pJY1KoS7qoVeQ349A |
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