프라임 편집 101: CRISPR는 의료, 농업 등에 혁명을 일으키고 있지만 여전히 결함이 있는 도구이다.

표준 CRISPR 시스템은 가위처럼 DNA 분자의 두 가닥을 모두 잘라내어 편집한다. 때로는 이러한 절단이 잘못된 위치에서 끝나고 세포가 절단을 복구하려고 시도할 때 원치 않는 돌연변이가 발생할 수 있다.

프라임 편집은 MIT와 하버드의 Broad Institute에 있는 데이비드 리우(David Liu) 연구실에서 개발한 더욱 정확하고 다재다능한 CRISPR 기술이다. 편집 중에 DNA의 한 가닥만 절단하므로 표적을 벗어난 편집으로 이어질 가능성이 적다.

리우 팀은 2019년 논문에서 “프라임 편집은 게놈 편집의 범위와 역량을 크게 확장하며 원칙적으로 인간 질병과 관련된 알려진 유전 변이의 최대 89%를 수정할 수 있다.”라고 썼다.

아이디어: CRISPR 시스템의 가장 인기 있는 전달 수단인 AAV(아데노 관련 바이러스)는 너무 작아서 프라임 편집자를 보유할 수 없으므로 이를 세포에 넣는 효율적인 방법을 찾는 것이 잠재력을 실현하는 데 중요하다.

VLP(바이러스 유사 입자)가 가능한 대안 중 하나이다. VLP는 바이러스처럼 보이고 바이러스 단백질로 만들어졌지만 바이러스 유전 물질이 부족하여 세포를 복제하거나 감염시킬 수 없다. 이로 인해 백신을 포장하고 전달하는 유용한 방법이 생겼다.

2022년에 리우의 팀은 VLP의 구조를 수정하여 기본 편집자(다른 종류의 CRISPR 도구)를 위한 효율적인 전달 시스템이 되도록 했다. 그들은 엔지니어링된 VLP(eVLP)가 프라임 편집자에게도 작동하기를 바랐지만 그렇지 않았다. 실험에서 성공적으로 편집된 셀이 거의 없었다.

새로운 소식:  새로운 연구를 위해 Broad 그룹은 eVLP를 재설계하고 프라임 편집기의 두 부분인 Cas9 단백질(가위)과 RNA(올바른 위치로 안내)를 조정했다. 그런 다음 그들은 주요 편집자가 입자에 맞도록 두 가지를 공들여 결합했지만 나가서 유전자를 편집해야 할 때 거기에 갇히지 않았다.

연구 공동 저자인 아디티야 라구람(Aditya Raguram)은 “프라임 편집 화물은 입자가 형성될 때 eVLP에 효율적으로 포장되어야 하지만 표적 세포 진입 후에 입자에서 효율적으로 방출되어야 한다.”라고 말했다. "효율적인 eVLP 중재 프라임 편집을 달성하려면 이러한 모든 단계를 신중하게 조정해야 한다."

결과: 원래 eVLP에 포함된 표준 프라임 편집기와 비교하여 새로운 콤보는 인간 세포 편집 시 170배 더 효율적이었다.

생체 내 시스템을 테스트하기 위해 Liu 팀은 시력 상실을 초래하는 두 가지 다른 돌연변이를 수정하도록 수정된 프라임 편집기를 프로그래밍했다. 쥐 모델에서 테스트했을 때 시스템은 망막 세포의 최대 20%를 편집했는데, 이는 부분적으로 시력을 회복하기에 충분했다.

연구자들은 또한 쥐의 뇌에서 새로운 시스템을 테스트한 결과 원치 않는 편집을 하지 않고 목표 영역에 있는 세포의 거의 50%를 편집했다는 사실을 발견했다. 이는 모두 이 접근 방식이 프라임 편집의 전달 문제를 극복하는 데 도움이 될 수 있다는 유망한 신호이다.

리우는 “이 연구는 단백질-RNA 복합체의 전달이 동물에서 치료적 프라임 편집을 달성하는 데 사용되었다는 우리의 지식을 처음으로 나타낸다.”라고 말했다. "우리는 eVLP를 개선하고 신체 내 다른 조직 유형을 표적으로 삼는 기술을 적용하기 위해 계속해서 적극적으로 노력할 계획이다."