동물 모델 내 인간화 대립유전자

동물 모델은 현대 생물의학 연구에서 매우 중요한 역할을 합니다. 특히 마우스와 랫드는 그 중요성이 매우 크지만, 인간 질병을 완벽하게 모방하지 못하며 잠재적인 인간 치료제를 테스트하기에는 부적합한 플랫폼이라는 단점이 있습니다. 실제로 연구 주제가 임상과 더 관련성이 높아질수록 표준 설치류 모델의 한계는 더욱 두드러집니다. 이러한 단점은 암, 당뇨, 정신 건강 등 인간 건강 문제의 기반이 되는 특정 생물학적 과정에서 중요한 역할을 하는 상동 유전자 간의 서열 차이와, 치료제와 이의 인간 표적에 대한 마우스 상동 유전자 간의 교차 반응성이 부족하기 때문에 자주 발생합니다.

인간화 설치류

이제 마우스와 랫드 대립유전자의 인간화는 이러한 한계를 극복하고 인간 생물의학 연구에 더 적합한 마우스와 랫드를 제작하는 강력한 접근 방식으로 자리 잡았습니다. 인간화 대립유전자는 설치류의 유전자를 제거하고 해당 인간 상동 유전자 서열로 대체한 것을 의미합니다. 본질적으로 이를 통해 설치류 생체 내에서 인간 유전자에 대한 실험을 수행할 수 있게 됩니다. 현재 인간화 설치류 모델은 면역학, 암 연구, 신약 개발, 이식 연구, 감염병 연구 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

인간화 구축 접근 방식

인간화에는 두 가지 뚜렷한 접근 방식이 있습니다. 소위 "녹아웃+트랜스제닉 인간화"는 녹아웃 동물을 인간 유전자가 무작위로 통합된 트랜스제닉 동물과 교배하는 방식이며, "동일 위치 인간화(in situ humanization)"는 동일한 유전자 위치에서 설치류 유전자를 인간 상동 유전자로 직접 대체(즉 녹인)하는 방식입니다. 두 경우 모두 인간 대립유전자는 인간 조절 서열을 포함하는 인간 박테리아 인공 염색체(BAC)로 구성될 수도 있고, 실험 목적에 따라 더 작은 인간 유전자 구조체를 사용할 수도 있습니다. 개념적으로는 더 간단하지만, 동일 위치 인간화는 ES 세포 조작이 필요하기 때문에 종종 더 많은 노력이 필요한 접근 방식입니다. 생물의학적으로 관련성이 높은 많은 유전자의 녹아웃 모델이 이미 구축되어 있기 때문에, 녹아웃+트랜스제닉 접근 방식은 종종 새로운 트랜스제닉 마우스를 제작하고 기존에 이용 가능한 녹아웃 계통과 교배하는 것만으로도 구현할 수 있습니다. 다만 트랜스제닉 대립유전자가 무작위로 통합되기 때문에 인간화 동물에서 예상치 못한 결과가 발생할 수 있습니다.

CRISPR/타겟 유전자 편집 또는 TALENs를 이용한 인간화

최근 뉴클레아제 매개 게놈 편집 기술의 발전으로 ES 세포를 사용하지 않고도 마우스와 랫드 게놈에서 빠르고 저렴하게 녹아웃 및 특정 점돌연변이를 유발할 수 있게 되었습니다. 인간화 연구에서는 이 기술을 활용하여 관심 인간 대립유전자와 일치하도록 특정 염기를 빠르게 돌연변이시킬 수 있으며, 녹아웃+트랜스제닉 인간화에 사용할 설치류 유전자를 효율적으로 녹아웃하는 데에도 활용할 수 있습니다. 이전에는 안정적인 랫드 ES 세포주가 부족했기 때문에 랫드에서는 이러한 방식이 불가능했습니다. 인간화 랫드는 앞으로 인간 생물의학 연구의 강력한 도구가 될 가능성이 높습니다. 인간 건강 모델로서 랫드는 마우스에 비해 더 유사한 심혈관 생리, 우수한 인지 및 기억 능력, 더 인간과 유사한 질병 상태 등 많은 이점을 제공합니다. 인간화 랫드 연구의 실현 가능성은 랫드를 더욱 유용한 동물 모델로 만들 것입니다.

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