생화학분자생물학회

임가영

한국과학기술연구원(KIST) 의약소재연구센터

kylim@kist.re.kr

[연구자 & 연구내용 소개]

저는 한국과학기술연구원(KIST) 의약소재연구센터에서 선임연구원으로 재직 중인 임가영입니다. 서울대학교에서 화학교육을 전공하며 이학사 학위를 받은 뒤, 서울대학교 화학부에서 김진수 교수님과 이연 교수님의 공동 지도를 받아 박사 학위를 취득하였습니다. 이후 기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단에서 박사후 연구원으로 근무하였고, 2022년 10월부터는 KIST에서 독립된 연구실을 운영하며 정밀 유전자편집 기술을 기반으로 한 다양한 연구를 수행하고 있습니다.

학부 인턴으로 연구실에 처음 참여했던 2013년, 그리고 곧이어 대학원 석박사 통합과정에 진학한 직후, CRISPR 기술이 유전자편집 도구로 발표되며 세계적으로 주목받기 시작하는 시기를 가까이에서 목격할 수 있었습니다. 이후 학위 과정을 진행하면서 DNA 절단을 기반으로 한 기존의 gene editing 기술을 넘어, 염기 단위의 더욱 복잡한 유전자 교정을 가능하게 하는 base editing, prime editing 등의 기술로 빠르게 발전해가는 전 과정을 현장에서 경험했습니다. 유전자편집 기술은 이후로도 빠르게 성장하여 과학계와 산업계에서 중심적인 기술로 자리매김하게 되었고, 2020년에는 CRISPR 기술의 발견이 노벨 화학상을 수상하였으며, 2023년에는 유전자편집 치료제가 최초로 임상 승인을 받는 등 실제 치료 기술로의 전환이 본격화되고 있습니다. 이처럼 유전자편집 기술이 널리 확산되는 때부터 응용까지의 연구 흐름을 직접 경험한 것은, 제가 유전자편집 분야에 매력을 느끼고 연구자로의 진로를 정하게 된 중요한 계기가 되었던 것 같습니다. 

저는 박사과정 동안에는 CRISPR 기반 염기교정 유전자가위(Base Editor)의 genome-wide 특이성을 분석하기 위한 시퀀싱 기반 기술 개발에 참여하였고, off-target 효과를 개선하기 위한 단백질 엔지니어링 및 guide RNA 최적화 연구를 수행하였습니다. 나아가 제한적인 editing window에서만 작동하는 Base editor의 작동범위를 넓히고자 guide RNA에 변화를 주었고, 범용성이 더욱 넓어진 형태를 찾을 수 있었습니다. 이후 박사후 연구원으로 근무하면서는 핵 DNA뿐 아니라 미토콘드리아 DNA를 대상으로 하는 유전자편집 기술 개발로 연구 범위를 확장하여, 저독성/고효율의 유전자편집 기술을 개발하고 이를 평가하기 위한 시퀀싱 기반의 분석 플랫폼 개발 연구를 수행하였습니다.

현재는 한국과학기술연구원(KIST)에서 정밀한 유전자 편집 도구를 설계하고 그 응용 가능성을 넓히는 연구를 이어가고 있습니다. 특정 DNA 또는 RNA 서열에 결합하는 단백질에, 또다른 기능성 단백질을 융합함으로써, 다양한 유전자편집 도구를 새롭게 개발할 수 있다는 점에서 유전자편집 기술을 활용하는 연구는 그 확장성이 넓다고 생각합니다. AI 기반의 단백질 설계 기술이 급속히 발전함에 따라, 앞으로는 완전히 새로운 도구의 설계 가능성도 열리고 있습니다. 저희 연구실에서는 핵과 미토콘드리아 유전체를 아우르는 다양한 유전자편집 기술의 특이성/효율성/안정성을 정략적으로 평가할 수 있는 분석 플랫폼을 구축하고 있으며, 이를 바탕으로 단백질 엔지니어링을 통해 유전자편집 도구의 기능을 개선하고자 합니다. 이렇게 개발한 정밀 유전자편집 기술을 활용하여 질환 모델 구축과 유전자 치료 플랫폼에 적용하고 있습니다. 이를 통해 신약 개발 과정에서의 치료 타겟 발굴과 기능 규명을 돕고, 나아가 복합적인 생명현상의 이해와 정밀의료 실현 가능성을 함께 모색하고 있습니다. 

[연구진 구성] 

올해 봄, 연구실 구성원들과 함께 벚꽃이 핀 연못가에서 점심 피크닉을 즐겼습니다. 현재 저희 연구실은 대학원 과정 중인 김민경, 고민지, 정수환 학생, 그리고 인턴 연구원으로 참여 중인 정범진, 김서진, 양하은 학생과 함께 연구하고 있습니다. 다양한 유전자편집 도구를 활용하고 개발해 오면서, 주변 연구자분들이 필요로 하는 기술을 함께 고민하고 제공해드릴 수 있다는 점에서 연구의 보람을 느껴왔습니다. 저희 연구실의 연구 주제에 관심이 있으시거나, 함께 연구를 진행하고자 하는 분들의 연락을 언제든지 환영합니다.

[연락처]

주소: 서울특별시 성북구 화랑로 14길 5 한국과학기술연구원

E-mail: kylim@kist.re.kr

전화: 02-958-7234

Lab-page:  https://sites.google.com/view/lim-gelab

                  https://scholar.google.com/citations?user=I7qmZrgAAAAJ

[대표 논문]

1. Cho, S. I.*; Lim, K.*; Hong, S.*; Lee, J.; Kim, A.; Lim, C. J.; Ryou, S.; Lee, J. M.; Mok, Y. G.; Chung, E.; Kim, S.; Han, S.; Cho, S. M.; Kim, J.; Kim, E. K.; Nam, K. H.; Oh, Y.; Choi, M.; An, T. H.; Oh, K. J.; Lee, S.; Lee, H.; Kim, J. S. Engineering TALE-linked deaminases to facilitate precision adenine base editing in mitochondrial DNA. Cell 2024, 187, 95. 

2. Lim, K. Mitochondrial genome editing: strategies, challenges, and applications. BMB Reports 2024, 57, 19. 

3. Lee, J.*; Lim, K.*; Kim, A.; Mok, Y. G.; Chung, E.; Cho, S. I.; Lee, J. M.; Kim, J. S. Prime editing with genuine Cas9 nickases minimizes unwanted indels. Nat. Commun. 2023, 14, 1786. 

4. Lim, K.*; Cho, S. I.*; Kim, J. S. Nuclear and mitochondrial DNA editing in human cells with zinc finger deaminases. Nat. Commun. 2022, 13, 366. 

5. Whisenant, D.*; Lim, K.*; Revechon, G.; Yao, H.; Bergo, M. O.; Machtel, P.; Kim, J. S.; Eriksson, M. Transient expression of an adenine base editor corrects the Hutchinson-Gilford progeria syndrome mutation and improves the skin phenotype in mice. Nat. Commun. 2022, 13, 3068.