기존의 세포 외 소포체 유전자 진단 방법의 한계를 극복하기 위해 유전자가위기술을 활용한 고감도 돌연변이 유전자 검출 시스템을 개발하여 효과적인 암 진단 방법 연구
과학수사학과 송자연 교수
과학수사학과 송자연 교수 연구팀은 메사추세츠 종합병원, 하버드 의과대학, 한국생명공학연구원(생명연)과의 공동연구를 통해 세포 외 소포체(EV) mRNA 검출을 획기적으로 향상시키는 혁신적인 진단 플랫폼인 SCOPE(Self-amplified and CRISPR-aided Operation to Profile Extracellular Vesicles)를 개발했다. 해당 연구는 “Amplifying mutational profiling of extracellular vesicle mRNA with SCOPE” 라는 제목으로 2024년 10월 7일 Nature Biotechnology (IF 33.1) 온라인 판에 게재되었다.
종양 세포에 의해 혈류로 방출되는 세포 외 소포체(Extracellular vesicles, EVs)는 mRNA를 포함한 중요한 분자 정보를 전달한다. 혈액 샘플의 EV mRNA는 농도가 낮아 기존 진단 방법으로는 정밀한 검출이 어렵고, EV 내 돌연변이 mRNA를 검출할 수 있는 특이도를 가지는 기술이 부재해 암 진단은 한계에 부딪혀왔다. 이에 연구팀은 EV mRNA 및 돌연변이 mRNA를 특이적으로 검출하기 위해 CRISPR-Cas13a 시스템을 활용하여 저농도의 암 돌연변이까지 정확하게 식별할 수 있는 유전자 진단 플랫폼을 개발하였다.
이 연구에서 개발된 SCOPE(Self-amplified and CRISPR-aided Operation to Profile Extracellular Vesicles) 진단 플랫폼은 CRISPR-Cas13a를 사용하여 세포외 소포체 내 특정 암 돌연변이 서열을 단일 뉴클레오티드까지 구별하고 신호 증폭을 유발하여, 높은 민감도와 특이도로 돌연변이 유전자(KRAS, BRAF, EGFR 및 IDH1)를 검출할 수 있다. 또한 1단계 등온 반응으로 작동하여 매우 미량의 샘플량으로 40분 이내에 신속한 진단 결과를 제공한다. 개발된 진단 플랫폼을 동물 모델에서의 폐암 조기진단, 대장암 환자 진단 및 재발 모니터링, 교모세포종 환자 진단에 적용하여, 액체 생검 기반 진단시스템의 임상적 유용성을 확인하였다.
본 연구의 CRISPR 유전자 가위 기술 기반 진단 플랫폼은 종양에서 유래된 암 돌연변이 유전자를 추적하기 위한 고감도/고특이도 진단법을 제공함으로써 암 진단에 혁신을 가져올 것으로 기대된다.
*논문명 : Amplifying mutational profiling of extracellular vesicle mRNA with SCOPE
그림. Nature Biotechnology 10월 7일 온라인 게재. 세포 외 소포체 내 돌연변이 유전자 프로파일링을 위한 CRISPR 기술 기반 진단 기술. CRISPR-Cas13a/crRNA를 활용하여 돌연변이 유전자를 정확하게 인식하고, 현장진단장비를 통해 빠르고 편리하게 진단할 수 있는 통합형 시스템 개발