2강 / 20강

크리스퍼의 두 얼굴 — 자르는 것과 끄는 것

Zhu, Dann et al. (2026) Methods — CRISPRi (dCas9-KRAB)

크리스퍼(CRISPR)라고 하면 보통 유전자를 잘라서 망가뜨리는 것을 떠올립니다. 맞습니다 — Cas9 단백질이 DNA 이중나선을 싹둑 자르면, 세포가 서둘러 붙이다가 실수를 합니다. 그 실수 때문에 유전자가 영구적으로 고장 납니다. 이것이 CRISPR 녹아웃(knockout)입니다.

하지만 이 실험은 다른 방법을 씁니다.

고등학생크리스퍼의 두 얼굴

크리스퍼(CRISPR)는 원래 세균의 면역 장치였습니다. 침입한 바이러스 DNA를 기억했다가 다음에 만나면 잘라 버려요.

이 장치를 사람이 빌려 씁니다. 두 부품으로 이루어져 있어요.

부품	역할	비유
가이드 RNA	목표 서열을 찾아감	주소가 적힌 쪽지
Cas9 단백질	그 자리를 자름	가위

쪽지의 글자를 바꾸면 어느 유전자든 겨냥할 수 있습니다 — 그래서 유전자 1만 개를 한꺼번에 다룰 수 있어요.

✂️ Cas9 녹아웃

DNA를 자른다. 영구적. 이중가닥 절단이 DNA 손상 반응을 유발한다. 1차 세포에서 문제가 됨.

🔇 CRISPRi 녹다운

DNA를 덮는다. 가역적. dCas9-KRAB가 전사를 차단. DNA 손상 없음. 1차 세포에 적합.

고등학생가위 날을 빼면 — dCas9

Cas9에서 자르는 능력만 없앤 것이 dCas9입니다(d는 dead). 자리는 찾아가되 자르지 않고 거기 앉아 있습니다.

여기에 억제 도구(KRAB)를 붙이면, 그 자리 주변의 DNA가 단단히 감겨 유전자가 읽히지 않게 돼요.

	CRISPR 녹아웃	CRISPRi (이 스크린)
DNA	잘리고 서열이 바뀜	그대로
결과	유전자가 영구 파괴	발현이 억제됨
정도	완전히 아니면 전혀	부분적 (70~90%)
되돌리기	불가	가능

CRISPRi의 작동 방식을 비유로 설명하면 이렇습니다.

📕

요리책

DNA = 레시피가 적힌 책

📌

포스트잇

dCas9-KRAB = 레시피 위에 붙이는 포스트잇. 페이지를 찢지 않음

🧭

GPS 좌표

가이드 RNA = 어떤 페이지에 포스트잇을 붙일지 정하는 주소

고등학생왜 자르지 않는 쪽을 골랐나

이유	내용
DNA 손상 반응	자르면 세포가 경보를 울림 — 그 자체가 발현을 흔듦
결과의 균일성	자르면 세포마다 수선 결과가 다름 (일부는 멀쩡히 남음)
필수 유전자	완전히 없애면 세포가 죽어 관찰 불가
약과 닮음	약도 단백질을 부분적으로 누름

DNA 손상 반응이 가장 큰 이유입니다 — 발현을 읽는 실험에서 그 경보는 모든 결과를 오염시킵니다.

자르는 방식으로 발현을 읽으면, 어느 유전자를 껐든 DNA 손상 유전자들이 같이 올라옵니다. 그 배경 때문에 진짜 신호가 묻혀요.

가이드 RNA(gRNA)는 보통 20 글자(뉴클레오타이드)입니다. 이 실험에서는 유전자 하나당 보통 2개의 가이드를 씁니다. 두 가이드가 같은 결과를 내야 진짜 효과로 인정합니다(10강에서 자세히).

gRNA는 20글자짜리 주소입니다

Python 브라우저에서 실행

# gRNA 예시 — 20글자 서열
import numpy as np

bases = ['A', 'C', 'G', 'T']
np.random.seed(42)

print("== 가이드 RNA 예시 (CD28 유전자) ==")
for i in range(2):
    seq = ''.join(np.random.choice(bases, size=20))
    print(f"  gRNA-{i+1}: 5'-{seq}-3'  (20nt)")

print()
print("가이드는 상보적 결합으로 정확한 위치를 찾습니다.")
print("dCas9-KRAB가 그 위치에 달라붙어 전사를 차단합니다.")

고등학생부분 억제의 대가

완전히 끄지 않으니 "얼마나 껐나"가 매번 다를 수 있습니다.

상황	표에서 보이는 것	실제
잘 눌림 · 변화 없음	0	이 세포에서 안 중요
안 눌림 · 변화 없음	0	실험이 성립 안 함

둘이 표에서는 똑같이 0으로 보입니다. 그래서 결과를 읽기 전에 표적 자신이 얼마나 눌렸는지를 확인해야 해요.

9강의 ontarget_effect가 그 확인용 숫자입니다 — 이 강의에서 가장 자주 나올 검사입니다.

🤔 확인 문제

CRISPRi에서 'i'는 무엇의 약자인가요?

🤔 확인 문제

이 실험이 Cas9 녹아웃 대신 CRISPRi를 쓴 가장 큰 이유는?