최근 유전체 편집 기술이 급속도로 발달함에 따라 다양한 연구 분야에서 특정 유전자의 기능을 밝히거나 유전자 발현 조절 기전을 규명하는데 유전체 편집 기술이 활발히 적용되고 있다. 유전체 편집 기술은 1세대 Zinc Finger Nucleases (ZFNs), 2세대 Transcription Activator-Like Effector Nucleases (TALEN), 3세대 CRISPR-Cas9으로 발달되었으며 특정 DNA 염기서열을 정교하게 편집할 수 있어 주목을 받게 되었다. 이중에서도 CRISPR-Cas9은 유전체 편집 플랫폼 설계가 쉽고 저렴한 비용으로 신속히 DNA 염기서열을 제거할 수 있어 가장 주목을 받았다. 이후에 개발된 base editor는 단일 염기서열 치환에 더 유용하고 prime editor는 짧은 염기서열 치환에 더 적합하여 다양한 연구 분야에서 유전체 편집 목적에 따라 활용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 다양한 유전체 편집 기술을 활용하여 포유류의 조직 특이적 발달 기전을 규명하고 유전자 변이 질환모델을 구축함으로써 만성폐쇄성 폐질환의 질병 기전을 규명하였다.
선행연구를 통해 조직 특이적인 유전자 발현은 슈퍼인핸서에 의해 조절된다는 것이 밝혀졌다. 특히, 유선조직 특이적으로 활성화되는 Wap 슈퍼인핸서는 세개의 단위 인핸서로 구성되어 있으며 각 단위 인핸서는 호르몬의 영향을 받아 순차적으로 활성화된다는 것이 규명되었다. 그러나, 슈퍼인핸서에 결합하는 전사인자들이 어떠한 순서로 결합되어 슈퍼인핸서의 초기 활성을 유도하는지는 밝혀지지 않았다. 이를 규명하기 위해 유선조직 특이적 슈퍼인핸서에 결합하는 전사인자 3종의 결합부위를 CRISPR-Cas9 기술로 제거하여 유전체 편집 마우스 라인을 구축하고 이를 활용하여 유선조직 특이적 슈퍼인핸서의 초기 활성 기전을 규명하였다.
또한, 만성폐쇄성 폐질환의 질병 기전을 규명하기 위하여 만성폐쇄성 폐질환 환자에게 많이 나타나는 단일 염기변이를 prime editor로 폐 상피세포주에 도입함으로써 질환 세포주를 구축하였다. 이를 활용하여 만성폐쇄성 폐질환을 유발하는 유전적 요인을 규명하였으며 더 나아가 유전적 요인과 환경적 요인이 어떻게 복합적으로 작용하여 증상을 더 악화시킬 수 있는지 규명하였다. 본 연구에서는 다양한 유전체 편집 기술을 연구 목적에 맞게 활용함으로써 포유류의 발달 기전 및 질병 기전을 규명할 수 있었다. 이와 같이 유전체 편집 기술은 특정 유전자의 기능 규명에 활용되어 생명현상 이해에 기여할 수 있으며, 유전자 변이 질환모델 구축에 활용되어 질병 기전을 이해하는데 도움을 주고, 더 나아가 개인 맞춤형 유전자 치료 전략 개발에도 활용될 수 있을 것이다.