용어 목록 > 크리스퍼 간섭 (CRISPR Interference)

크리스퍼 간섭 (CRISPR Interference)

쉽게 풀면

크리스퍼 간섭(CRISPRi)은 유전자를 아예 잘라내는 대신, 유전자가 읽히는 것을 방해해서 발현을 낮추는 방법입니다. 일반적인 크리스퍼 가위와 달리 DNA를 자르는 기능이 없는 죽은(dead) Cas9 단백질을 사용해, 이 단백질이 목표 유전자 앞에 자리를 잡고 앉아 전사 기계가 지나가지 못하게 막는 방식으로 작동합니다. DNA 서열 자체는 그대로 유지되면서 발현량만 줄어드는 것이 특징입니다.

왜 중요한가

유전자를 영구적으로 자르지 않고도 발현을 가역적으로 낮출 수 있어, 필수 유전자처럼 완전히 없애면 세포가 죽는 유전자의 기능을 부분적으로 조사하거나, 다수 유전자를 동시에 스크리닝하는 대규모 연구에 유용하게 쓰입니다. 여러 유전자를 동시에 부분적으로 억제하며 그 조합 효과를 관찰할 수 있어, 유전자 간의 상호작용을 대규모로 탐색하는 조합 스크리닝에도 응용됩니다.

어떤 절차인가

CRISPR 간섭(CRISPRi)은 DNA를 자르지 않고 전사를 막아 유전자 발현을 낮추는 기법입니다.

1. 촉매 활성이 없는 Cas9(dCas9, 보통 화농성 연쇄상구균 Cas9의 D10A·H840A 변이)를 준비합니다.
2. 표적 유전자 근처에 맞는 가이드 RNA(sgRNA)를 설계합니다.
3. sgRNA와 dCas9 복합체가 표적 DNA에 결합합니다.
4. 세균에서는 결합한 dCas9가 RNA 중합효소의 시작이나 진행을 가로막아 전사를 억제합니다(Qi et al., 2013).
5. 진핵세포에서는 dCas9에 KRAB 같은 전사 억제 도메인을 융합해 염색질을 억제 상태로 바꿉니다(Gilbert et al., 2013). 표적 위치는 전사 시작점 주변이 효과적이어서 전사 시작점의 위쪽 약 50 bp부터 아래쪽 약 300 bp 범위가 흔히 쓰입니다(Gilbert et al., 2014).

DNA 서열은 그대로이므로 효과는 대개 부분적이고 되돌릴 수 있습니다(가역적).

언제 쓰고 무엇을 얻나

완전히 없애면 세포가 죽는 필수 유전자의 기능을 부분적으로 조사하거나, 다수 유전자를 동시에 조절하는 대규모 스크리닝에 적합합니다. sgRNA 라이브러리를 이용한 유전체 규모 CRISPRi 스크리닝이 대표적입니다. 얻는 결과는 보통 억제 정도이며 실시간 정량 PCR(qPCR)에서 상대 발현량을 비교합니다.

가상의 qPCR 예입니다. 기준 유전자의 Ct를 18로 두고, 대조군에서 표적의 Ct가 24, CRISPRi 처리군에서 27.5라면 ΔCt는 각각 6.0, 9.5이고 ΔΔCt = 3.5입니다. 증폭 효율이 100 %라고 가정하면 상대 발현량은 2^−ΔΔCt = 0.088으로, 발현이 약 91 % 줄었다는 뜻입니다. 효율이 100 %가 아니면 값이 달라지므로 증폭 효율을 점검해야 합니다.

논문에는 이렇게 적는다

논문에는 다음을 적습니다.

• dCas9의 종류(억제 도메인 융합 여부), 도입 방식, 사용한 sgRNA 서열과 표적 위치(전사 시작점 기준 위치)
• 억제 효율을 측정한 방법(qPCR, 단백질 정량)과 사용한 대조군(표적하지 않는 sgRNA 등)
• 여러 sgRNA를 쓴 경우 일관성, 오프타깃 평가 방법
• 억제의 지속성과 가역성, 세포 독성 여부

해석상 주의: CRISPRi는 녹아웃이 아니라 녹다운입니다. 효과가 sgRNA와 표적 위치, 세포 종류에 따라 다르므로 실험 목적에 충분한 억제인지 별도로 확인해야 합니다. 결과에서 ‘표현형 없음’이 곧 ‘기능 없음’을 뜻하지 않을 수 있습니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

실제 논문에서

이 용어를 직접 쓴 국내 논문 문장을 아직 수집하지 못했습니다. 수집되는 대로 출처와 함께 싣겠습니다.

예시 문장

아래는 용어의 쓰임을 보여 주려고 만든 예시로, 실제 논문에서 가져온 문장이 아닙니다.

dCas9-KRAB을 이용한 크리스퍼 간섭으로 DNA 이중가닥 절단 없이 표적 유전자 전사를 효율적으로 억제했다는 뜻입니다.

유전체 전체 규모의 크리스퍼 간섭 스크리닝을 통해 스트레스 조건에서 세포 증식에 필수적인 유전자들을 찾아냈다는 의미입니다.

조금 더 깊게 보면

CRISPRi는 촉매 활성이 제거된 dCas9에 KRAB 같은 전사 억제 도메인을 융합해 활용하는 경우가 많으며, 가이드 RNA가 목표 유전자의 전사 시작 부위 근처로 dCas9를 유도해 RNA 중합효소의 결합이나 진행을 방해합니다.

유사한 원리로 활성화 도메인을 붙이면 발현을 오히려 높이는 CRISPRa로도 응용할 수 있습니다. KRAB 도메인은 주변 염색질을 응축시켜 전사를 억제하는 방식으로 작동하므로, 단순히 물리적으로 자리를 막는 것보다 억제 효과가 더 강하고 오래 지속되는 경향이 있습니다.

주의할 점

CRISPRi에 의한 억제는 완전한 녹아웃과 달리 부분적이고 가역적인 경우가 많아, 실험 목적에 따라 억제 정도가 충분한지 별도로 확인해야 합니다.

헷갈리기 쉬운 용어

유전자 발현을 바꾸는 기술은 DNA를 건드리는지와 방향으로 구분합니다.

참고 문헌

1. Qi, L. S., Larson, M. H., Gilbert, L. A., Doudna, J. A., Weissman, J. S., Arkin, A. P., & Lim, W. A. (2013). Repurposing CRISPR as an RNA-guided platform for sequence-specific control of gene expression. Cell, 152(5), 1173–1183.
2. Gilbert, L. A., Larson, M. H., Morsut, L., Liu, Z., Brar, G. A., Torres, S. E., Stern-Ginossar, N., Brandman, O., Whitehead, E. H., Doudna, J. A., Lim, W. A., Weissman, J. S., & Qi, L. S. (2013). CRISPR-mediated modular RNA-guided regulation of transcription in eukaryotes. Cell, 154(2), 442–451.
3. Gilbert, L. A., Horlbeck, M. A., Adamson, B., Villalta, J. E., Chen, Y., Whitehead, E. H., Guimaraes, C., Panning, B., Ploegh, H. L., Bassik, M. C., Qi, L. S., Kampmann, M., & Weissman, J. S. (2014). Genome-scale CRISPR-mediated control of gene repression and activation. Cell, 159(3), 647–661.
4. Larson, M. H., Gilbert, L. A., Wang, X., Lim, W. A., Weissman, J. S., & Qi, L. S. (2013). CRISPR interference (CRISPRi) for sequence-specific control of gene expression. Nature Protocols, 8(11), 2180–2196.

표의 기준값은 위 문헌에 근거한 관례이며, 분야·학술지마다 다른 기준을 쓸 수 있습니다.

관련 용어