🧬Genome editing

유전자의 원하는 위치에 특정 변이를 일으키는 방법

유전자 교정 기술과 발전 과정

유전자 교정 (Genome editing)은 원하는 유전자 서열 위치에 원하는 유전자 편집을 할 수 있는 기술이다. 초창기에 징크핑거 유전자 가위 (ZFNs)를 이용한 유전자 교정 연구가 활발하게 진행되면서, 현재는 CRISPR system을 이용한 기술이 주로 연구되고 있다.

Timeline of the genome editing methods (Huang C. et al., Med.Rev., 2022).

초기의 유전자 교정 기술들은 대부분 이중 가닥 절단 (double strand break; DSB)를 일으키고, 해당 위치에 원하는 유전자 교정을 유도하는 방식이었다. 하지만 DSB를 일으킬 경우, 원하지 않는 유전자의 손상이 일어날 위험성이 높기 때문에 안전성에 대한 큰 한계가 있었다.

이후, DSB를 일으키지 않고도 유전자 교정을 할 수 있는 염기 편집기 (base editor; BE)가 개발되면서, 임상적으로 중요한 유전자 돌연변이 중 대부분의 단일 염기 변이 (SNVs)를 훨씬 안전하게 교정할 수 있는 기술을 얻게 되었다.

최근에는 DSB를 일으키지 않고도 모든 형태의 유전자 교정 (치환, 삽입, 삭제)을 할 수 있는 기술은 프라임 에디팅 (prime editing; PE)가 개발되면서, 유전자 교정의 범위를 훨씬 확장할 수 있게 되었다.

유전자 교정 기술의 종류와 원리

유전자 교정의 종류와 메커니즘 (Yin H. et al., Nat.Rev.Clin.Oncol., 2019).

Recomended references for genome editing

2023. 01. 09. updated

General reviews

A guide to genome engineering with programmable nucleases (Kim H. et al., Nat.Rev.Genet., 2014)

CRISPR–Cas: a tool for cancer research and therapeutics (Yin H. et al., Nat.Rev.Clin.Oncol., 2019).

Genome editing with CRISPR–Cas nucleases, base editors, transposases and prime editors (Anzalone A. V. et al., Nat.Biotechnol., 2020)

Cas9 nuclease

SpCas9 activity prediction by DeepSpCas9, a deep learning–based model with high generalization performance (Kim H. K., Sci.Adv., 2019)

High-throughput analysis of the activities of xCas9, SpCas9-NG and SpCas9 at matched and mismatched target sequences in human cells (Kim H. K., Nat.Biomed.Eng., 2020)

Prediction of the sequence-specific cleavage activity of Cas9 variants (Kim N., Nat.Biotechnol., 2020)

Base editing

Base editing: precision chemistry on the genome and transcriptome of living cells (Rees H. A., Nat.Rev.Genet., 2018)

High-throughput functional evaluation of human cancer-associated mutations using base editors (Kim Y et al., Nat.Biotechnol., 2022)

Prime editing

Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA (Anzalone A. V. et al., Nature, 2019)

Predicting the efficiency of prime editing guide RNAs in human cells (Kim H. K., Nat.Biotechnol., 2020)

Enhanced prime editing systems by manipulating cellular determinants of editing outcomes (Chen P. J. et al., Cell, 2021)

Prime editing for precise and highly versatile genome manipulation (Chen P. J. et al., Nat.Rev.Genet., 2022)