유전자 발현 여부를 확인하는 RNA 분석 기술 개발

21세기에 접어들면서 조명된 학문 중에 유전자 발현의 중요성을 주장하는 후성유전학이 있다. 후성유전학은 유전자의 촉진 또는 억제에 따라 생물의 발달 과정과 상태가 변화되는 기작을 연구하는 학문이다. 후성유전학이 발전함에 따라 생활습관(식이, 수면 등) 또는 주변 환경에 의한 유전자 발현과 이에 따른 RNA와 단백질의 활성 변화, 그리고 이 일련의 과정에 의한 신체적인 변화가 일어나는 경우들이 지속적으로 보고되고 있다. 이에 따라 질병 유발에 주요한 영향을 끼치는 유전자 연구가 활발히 진행되었고, 발현 여부를 확인할 수 있는 RNA 분석 기술에 대한 관심 또한 높아지고 있다.

그러나 지금까지의 연구는 질병과 관련된 유전자 발굴에 더 집중되어 있었기 때문에 유전자 발현 기술 개발은 상대적으로 더디게 진행되었다. 유전자 발현을 더 쉽고 정확하게, 더 저렴한 비용으로 검사할 수 있게 되면 질병의 예방과 진단, 치료에 활용할 수 있다는 확실한 장점이 있어 유전자 발현 기술 개발의 필요성이 꾸준히 제기되었으나, RNA의 불안정성이라는 장벽에 의해 기술 개발을 진행할 수 없었던 것이다.

기존의 유전자 발현 확인 기술이 가지는 가장 큰 한계는 RNA의 분해를 억제하지 못하는 것이었다. 쉽게 분해되는 RNA의 특성 때문에 짧은 길이의 RNA만 사용하게 되면서 서열 확인 과정이 복잡해지고, 발현에 영향을 주는 부분을 확인하는 데에도 어려움이 있었다. 실제로 긴 가닥의 RNA를 이용한 기술이 개발되었으나 RNA의 불안정성 문제를 완전히 해소할 수 없어 활발히 사용하지는 못했다.

그런데 최근 획기적인 발전을 이룰 수 있는 기술이 개발되어 유전자 발현을 활용한 연구가 가속화될 전망이다.

존스 홉킨스의 생물물리학자인 Sarah Woodson은 최근 유전자의 발현 정도와 함께 그 서열까지 정확하게 파악할 수 있는 기술을 개발하고 있어 과학계에 이슈가 되고 있다. 과학계에서 가장 저명한 학술지인 Nature에서도 2020년에 주목할 7대 기술 중에 하나로 Sarah Woodson의 light-up RNA aptamer 기술을 꼽았다.

Light-up RNA aptamer를 이용한 기술은 RNA 확인을 위해 결합된 형광 발현 물질의 세기를 강화하고 기존보다 훨씬 긴 RNA 서열을 관찰할 수 있도록 개발되었다. 이 기술을 이용하면 더 정확한 RNA 서열 확인과 발현의 차이를 일으키는 원인 규명까지도 확인이 가능하다.

현재 Light-up RNA aptamer 기술을 활용한 연구가 활발히 진행되고 있어 암, 대사질환, 알츠하이머 등 다양한 질병의 진단과 예방에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

References:

  1. C. Plaschka, et al. Transcription initiation complex structures elucidate DNA opening. Nature. 2016
  2. Yi Zhang, et al. Diet and the epigenome. Nature Communication. 2018
  3. Esther Landhuis. Technologies to watch in 2020. Nature. 2020
  4. Arthur Korman, et al. Light-controlled twister ribozyme with single-molecule detection resolves RNA function in time and space. PNAS. 2020