합성생물학 분야의 연구자들은 세포 기능을 제어할 수 있는 생물학적 회로를 설계하는 혁신적인 방법을 끊임없이 모색하고 있습니다. 교토 대학의 사이토 히로히데(Hirohide Saito) 교수와 그의 팀은 단일 항체의 힘을 활용하여 전례 없는 유연성과 잠재력을 지닌 생체 회로를 구축함으로써 이 분야에서 상당한 진전을 이루었습니다.
세포는 환경의 변화를 감지하고 그에 따라 대응할 수 있는 복잡한 조절 메커니즘을 갖추고 있습니다. 이러한 메커니즘에는 전사(DNA에서 RNA로의 전환) 및 번역(RNA에서 단백질로의 전환)은 물론 번역 후 변형과 같은 과정이 포함됩니다. 자연에서 세포는 이러한 메커니즘을 활용하여 영양 가용성, 대사 변화 및 침입하는 유기체에 대한 면역 반응을 기반으로 기능을 조절합니다.
사이토 교수가 이끄는 팀은 자연에서 영감을 얻어 세포 내 특정 분자를 탐지하기 위해 광범위한 표적에 결합할 수 있는 다용도 단백질인 항체를 활용했습니다. 항체는 중쇄와 경쇄로 형성된 가변 영역을 갖고 있으며, 이는 세포 내부에 존재할 때 표적 분자와 상호작용합니다. 이러한 가변 영역을 분할된 T7 RNA 중합효소(RNAP)에 연결함으로써 연구자들은 특정 분자의 존재에 반응하여 유전자 발현을 촉발하고 세포 기능을 제어할 수 있었습니다.
연구팀은 항원, 펩타이드, RNA 서열, 소분자를 포함한 다양한 표적 분자를 검출함으로써 표적 의존형 RNAP(TdRNAP)로 알려진 시스템의 다양성을 입증했습니다. 가변 영역 서열을 맞춤화함으로써 그들은 검출을 위해 서로 다른 표적 분자 사이를 전환할 수 있었습니다. 또한 다양한 RNAP 변종을 결합하여 신호 증폭 및 직교 신호 전달을 위한 다층 생물학적 회로를 성공적으로 만들었습니다.
연구자들은 표적 분자 검출 외에도 세포 특이적 게놈 편집을 위한 TdRNAP 시스템의 잠재력을 보여주었습니다. 그들은 이 시스템을 활용하여 가이드 RNA(gRNA)의 발현을 유도했고, 이는 실험 세포주에서 CRISPR/Cas9 매개 이식유전자 삭제를 촉발했습니다.
TdRNAP 시스템의 개발은 생명공학 및 재생의학 분야에서 흥미로운 가능성을 열어줍니다. 이는 연구자에게 다양한 세포 내 분자를 감지하고 세포 기능을 정밀하게 제어할 수 있는 생체 회로를 구성할 수 있는 강력한 도구를 제공합니다. 이러한 발전은 미래 유전자 및 세포 치료법의 효능과 안전성을 향상시킬 수 있는 가능성을 제시합니다.
출처: phys.org