우리 학교 생명화학공학과 박현규 교수 연구팀이 RNA 분해효소의 하나인 RNase H를 고감도로 검출할 수 있는 신기술을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 유전자 편집 시스템의 하나인 크리스퍼/카스12a(CRISPR/Cas12a)를 사용해 세계 최고 수준의 검출 한계를 가진 분석법을 개발했다. 지난 12월에 발표된 해당 연구는 2022년도 16호 표지 논문으로 선정되었다.

크리스퍼/카스12a 시스템을 이용한 RNase H 분석법

 RNA를 기질로 갖는 효소인 RNase H는 RNA를 절단하는 기능을 가지며, DNA의 복제와 수선, RNA의 전사에 필수적이다. 이 효소는 에이즈의 원인인 HIV-1, B형 간염 바이러스 등 역전사* 바이러스에서도 중요한 역할을 한다. 이들 바이러스는 RNase H 활성에 의한 역전사 반응이 생애 주기에 필수적이기에, 항바이러스 약물을 개발할 때 RNAse H가 중요한 표적으로 다뤄진다. 따라서, 이번 연구에서는 크리스퍼/카스12a 시스템을 이용해 RNase H를 민감하고 특이적으로 분석할 수 있는 기술을 개발했다.

 여기서 크리스퍼/카스는 박테리아 안에서 발견되는 면역 시스템이다. 이 시스템은 외부 바이러스나 다른 생물의 유전물질이 침투하면 이를 자신의 게놈에 저장했다가 다시 침투할 때 인식해 가위처럼 절단한다. 카스 단백질에는 Cas9, Cas12, Cas13 등이 있으며, 그중 연구에 사용된 Cas12a는 표적 핵산을 인식할 때에만 주변의 단일 가닥 DNA를 무작위로 자른다. 이를 ‘부수적 절단 활성(collateral cleavage activity)’이라고 한다. 연구에서 개발한 분석법에서는 RNase H가 있는 경우 리포터 DNA**가 절단되며 신호가 증폭된다. 이 신호를 통해 RNase H가 검출되었음을 확인할 수 있다.

고감도의 RNase H 분석법 개발

 연구팀은 RNase H를 연구하여 다양한 분석법을 제안한 바 있다. 예컨대 2017년 Nanoscale지에서는 G-quadruplex***를, 2019년 Biotechnology Journal에서는 특수한 압타머****를 이용한 분석법을 제안하였다. 그러나 이번 연구에서는 크리스퍼/카스 시스템을 이용하여 고감도의 RNase H 분석법을 개발했다는 의의가 있다. 분석 시 분석 대상 물질을 확인할 수 있는 최소 농도를 검출 한계(LOD)라고 한다. 이전에 발표된 두 논문에서는 검출 한계가 0.037U/mL, 0.016U/mL였던 데 비해, 이번에 발표된 논문에서는 0.00024U/mL로 아주 작았다. 박 교수는 “이 정도의 민감성을 갖는 분석법은 최고 수준하고 대등하거나 조금 더 높은 정도의 결과”라고 말했다. 또 박 교수는 “이 민감성은 크리스퍼/카스에서 기인한다.”라며 “비슷한 사례로 PCR 기술에서 감도를 획기적으로 높이는 방법이 바로 크리스퍼/카스”이라고 크리스퍼/카스의 중요성을 강조했다.

 마지막으로 박 교수는 “유전자 증폭, PCR 관련 연구를 계속하며 연관된 DNA-RNA 관련 효소에 대한 분석 기술도 개발할 예정”이라는연구 계획을 밝혔다. 한편, 생명화학공학과를 지망하는 학생들에게는 “연구기술 영역이 다양해서 본인의 관심사가 변경되어도 이를 충족시킬 수 있는 학과”라고 학과의 장점을 소개했다.
 

역전사*
RNA가 갖고 있는 유전 정보가 DNA로 전달되는 과정.

리포터 DNA**
검출이 가능한 형광 등의 신호를 발생시키기 위해 사용되는 작은 핵산 조각.

G-quadruplex***
구아닌이 다수 포함된 핵산 서열들이 조립해 만들어지는 특수한 2차 구조.

압타머****
특정 표적 분자에 결합할 수 있는 뉴클레오타이드 중합체.