유전자 변형 마우스 제작과 기본 개념

유전체 연구를 하다보면, 많은 후보 유전자들의 이상을 발견하게 되고 실제 질병 발생 메커니즘을 재현하기 위해서 mouse를 모델로 선택하게 됩니다. 사람과 mouse는 99%의 유전체가 동일하고, 다양한 장점 (다루기 쉽고, 세대가 짧고, 저렴하여 실험이 용이) 때문에 유전체 이상에 의한 질병 발생의 동물로 많이 이용하게 됩니다. 이번 포스팅에서는 mouse를 이용한 유전자 이상 동물 모델을 재현하기 위해 필요한 유전자 변형 마우스 (Genetically-Engineered mouse; GEM)와 관련된 내용들을 정리해 보고자 합니다.

I. Transgenic vs. Knock Out: 넣을 것인가 vs 뺄 것인가?

Transgenic mouse는 추가적으로 관심있는 유전자를 삽입하는 경우이므로 유전자의 duplication 등으로 질병으로 발생하는 경우 (Gain-of-Function) 에 적합한 모델이고, Knock-Out (KO) mouse는 관심있는 유전자의 기능을 망가뜨리는 경우로 해당 유전자의 기능을 확인하거나 Loss-of-Function의 메커니즘을 확인하는 경우에 적합한 모델입니다. Knock-in mouse는 타겟 유전자를 제거함과 동시에 다른 유전형으로 삽입시켜서 치환하는 경우를 말합니다.

II. Conditional Knock-out: Tissue-specific vs Time-dependent

발생 과정에 매우 중요한 유전자의 경우에는 KO 시킬 경우, mouse 자체가 발생 단계에서 죽어버려서 (embryonic lethal) 어떠한 기능을 하는지 보기가 어렵습니다. 따라서 특정 유전자의 경우에는, 관심있는 질병이 발생하는 조직에서만 KO 시키거나 (Tissue-specific) 또는 발생 단계가 정상적으로 일어나게 한 이후에 특정 시기(Time dependent)에서만 Gene KO을 유도시키는 물질을 투여함으로써, KO 시키는 전략을 씁니다.

III. 마우스 제작의 전반적인 단계

타겟 유전자 Vector 제작: 관심있는 유전자를 타겟으로 하는 벡터를 제작한다
쥐의 Embryonic stem cell (ES cell)에 해당 벡터를 넣어, Homologous recombination 과정을 통해 관심 유전자를 KO 시킨 cell을 selection marker를 통해 선택해낸다.
Recombination이 일어난 ES cell을 정상 착상 시켜서 KO gene이 hetero zygote로 존재하는 새끼를 탄생시킨다.
heterozygote KO된 새끼 쥐끼리 교배 시켜서, homozygote를 갖는 쥐를 탄생시키고, 해당 쥐의 형질을 관찰한다.

위의 과정에 대한 전반적인 과정은 아래 Youtube 영상에 잘 정리되어 있다.