RNA 유전자가위를 활용해 우리 몸속 특정 RNA에 ‘화학 변형’을 정밀하게 가하는 기술이 세계 최초로 개발됐다. KAIST 연구진은 ‘CRISPR-Cas13’ 시스템과 고활성 아세틸효소를 결합한 ‘표적 RNA 아세틸화 기술’을 구현해 RNA 기반 유전자 치료의 새 지평을 열었다.
KAIST(총장 이광형)는 생명과학과 허원도 교수 연구팀이 최근 유전자 조절 및 RNA 기반 기술 분야에서 각광받는 RNA 유전자 가위 시스템(CRISPR-Cas13)을 이용해 우리 몸 안의 특정한 RNA에 아세틸화를 가할 수 있는 혁신적 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.
RNA는 ‘화학 변형(chemical modification)’을 통해 그 특성과 기능이 변화할 수 있다. 화학 변형은 RNA 염기 서열 자체는 변하지 않으면서 특정 화학 그룹이 추가돼 RNA의 성질과 역할을 변화시키는 유전자 조절 과정이다.
그중 ‘시티딘 아세틸화(N4-acetylcytidine)’는 대표적인 화학 변형이지만, 지금까지는 세포 내에서 어떤 기능을 수행하는지 명확히 밝혀지지 않았다. 특히 인간 세포의 mRNA(단백질을 만드는 RNA)에서 실제로 이 변형이 존재하는지, 어떤 역할을 하는지에 대한 논란이 지속돼왔다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하고자 유전자 가위인 Cas13에 RNA를 아세틸화시키는 NAT10의 고활성 변이체(eNAT10)를 결합한 ‘표적 RNA 아세틸화 시스템(dCas13-eNAT10)’을 개발했다. 원하는 RNA만 정확히 골라 아세틸화시키는 ‘표적 RNA 변형 기술’을 구현한 것이다.
이 시스템은 가이드 RNA에 의해 세포 내 특정 RNA를 안내받아 아세틸화 화학 변형을 가한다. 연구팀은 이를 통해 아세틸화된 메신저 RNA(mRNA)에서 단백질 생산이 증가한다는 사실을 확인했다.
개발한 시스템을 활용해 RNA 아세틸화가 RNA의 세포핵→세포질 이동을 유도한다는 사실도 세계 최초로 밝혀냈다. 이는 RNA의 ‘위치 이동’까지 조절할 수 있는 가능성을 보여주는 획기적인 결과다.
연구팀은 나아가 유전자 치료에 널리 쓰이는 AAV(아데노-관련 바이러스) 운반체를 활용해 실험쥐 간에 이 시스템을 적용했고, 생체 내에서도 정확한 RNA 아세틸화 조절이 가능함을 입증했다. 이는 RNA 화학 변형 기술의 생체 적용 확장 가능성을 보여준 첫 사례다.
허 교수는 “기존 RNA 화학 변형 연구는 특정성, 시간성, 공간성 조절이 어려웠지만, 이번 기술은 원하는 RNA에 선택적으로 아세틸화를 가할 수 있어 RNA 아세틸화의 기능을 정확하고 세밀하게 연구할 수 있는 길을 열였다”며 “이번에 개발한 RNA 화학 변형 기술은 향후 RNA 기반 치료제 및 생체 내 RNA 작동을 조절하는 도구로 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 KAIST 생명과학과 유지환 박사과정이 제1 저자로 참여했으며, 국제 학술지 ‘네이처 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)’에 2025년 6월 2일 자로 게재됐다.
KAIST(총장 이광형)는 생명과학과 허원도 교수 연구팀이 최근 유전자 조절 및 RNA 기반 기술 분야에서 각광받는 RNA 유전자 가위 시스템(CRISPR-Cas13)을 이용해 우리 몸 안의 특정한 RNA에 아세틸화를 가할 수 있는 혁신적 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.
RNA는 ‘화학 변형(chemical modification)’을 통해 그 특성과 기능이 변화할 수 있다. 화학 변형은 RNA 염기 서열 자체는 변하지 않으면서 특정 화학 그룹이 추가돼 RNA의 성질과 역할을 변화시키는 유전자 조절 과정이다.
그중 ‘시티딘 아세틸화(N4-acetylcytidine)’는 대표적인 화학 변형이지만, 지금까지는 세포 내에서 어떤 기능을 수행하는지 명확히 밝혀지지 않았다. 특히 인간 세포의 mRNA(단백질을 만드는 RNA)에서 실제로 이 변형이 존재하는지, 어떤 역할을 하는지에 대한 논란이 지속돼왔다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하고자 유전자 가위인 Cas13에 RNA를 아세틸화시키는 NAT10의 고활성 변이체(eNAT10)를 결합한 ‘표적 RNA 아세틸화 시스템(dCas13-eNAT10)’을 개발했다. 원하는 RNA만 정확히 골라 아세틸화시키는 ‘표적 RNA 변형 기술’을 구현한 것이다.
이 시스템은 가이드 RNA에 의해 세포 내 특정 RNA를 안내받아 아세틸화 화학 변형을 가한다. 연구팀은 이를 통해 아세틸화된 메신저 RNA(mRNA)에서 단백질 생산이 증가한다는 사실을 확인했다.
개발한 시스템을 활용해 RNA 아세틸화가 RNA의 세포핵→세포질 이동을 유도한다는 사실도 세계 최초로 밝혀냈다. 이는 RNA의 ‘위치 이동’까지 조절할 수 있는 가능성을 보여주는 획기적인 결과다.
연구팀은 나아가 유전자 치료에 널리 쓰이는 AAV(아데노-관련 바이러스) 운반체를 활용해 실험쥐 간에 이 시스템을 적용했고, 생체 내에서도 정확한 RNA 아세틸화 조절이 가능함을 입증했다. 이는 RNA 화학 변형 기술의 생체 적용 확장 가능성을 보여준 첫 사례다.
허 교수는 “기존 RNA 화학 변형 연구는 특정성, 시간성, 공간성 조절이 어려웠지만, 이번 기술은 원하는 RNA에 선택적으로 아세틸화를 가할 수 있어 RNA 아세틸화의 기능을 정확하고 세밀하게 연구할 수 있는 길을 열였다”며 “이번에 개발한 RNA 화학 변형 기술은 향후 RNA 기반 치료제 및 생체 내 RNA 작동을 조절하는 도구로 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 KAIST 생명과학과 유지환 박사과정이 제1 저자로 참여했으며, 국제 학술지 ‘네이처 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)’에 2025년 6월 2일 자로 게재됐다.