Clustered regular interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-CRISPR-associated protein 9 (Cas9) 시스템은 원래 바이러스 게놈을 방어하기 위한 적응 면역 시스템으로 설계되었으며, 이제는 RNA-guide engineered nuclease (RGENs)으로 불리는 게놈 편집 도구로 더 잘 알려져 있다. CRISPR-Cas9 시스템의 기작은 Cas9 단백질과 gRNA 가 복합체를 형성하여 표적 DNA 서열을 인식하고 DNA 의 이중 가닥 손상 (DSB, double strand break)을 한다. 절단된 DNA 는 세포 내 DNA 복구 경로인 비상동말단연결 (NHEJ. Non-homologous end joining) 또는 상동성 유도 복구 (HDR, Homology-directed repair)를 통해 복구된다. NHEJ 는 작은 삽입과 결실을 통해 유전자 파괴를 유도하는 반면 HDR 은 기증자 주형의 존재 하에서 상동 재조합을 유도하여 유전자 수정과 삽입을 돕는다. 최근 CRISPR 기반 게놈 편집은 농업, 신약 개발, 의학, 생명 공학 등 다양한 분야에서 응용되고 있다. 특히 질병을 치료하는 유망한 도구로 주목받고 있으며 현재 임상시험을 위한 개발이 가속화되고 있다. 이러한 CRISPR 기술이 질병을 치료할 수 있는 큰 잠재력을 가짐에도 불구하고 몇 가지 우려되는 문제가 있다. 최근에는 Cas9 기반 게놈 편집에 따른 DSB 에 의해 p53 매개 세포 독성, 대규모 염색체 결실 및 재배열, 원하지 않는 부산물 및 인델 (Indel, insertion and deletion)의 발생이 지속적으로 보고되고 있다. 또한 많은 병원성 유전 질환이 점 돌연변이에 의해 발생하기 때문에 Cas9 뉴클레아제를 기반으로 한 유전 질환 관련 돌연변이 교정은 비효율적이며 안전성 문제가 있다. 이와 같이 표적 염기를 정밀하게 교정하는 전략을 필요로 했고 DSB 없이 염기를 교정할 수 있는 염기 편집기 (BE, base editor)의 개발이 요구되었다. 염기 편집기는 현재 사이토신 기본 편집기 (CBE, cytosine base editor)와 아데닌 기본 편집기 (ABE, adenine base editor)의 두 가지 유형이 있다. nCas9 에 시토신 탈아미노화효소 (cytidine deaminase) 와 융합된 CBE (nickase Cas9, 촉매적으로 불활성인 D10A 돌연변이)는 C:G 에서 T:A 로의 전환을 유도하고, ABE 는 nCas9 에 대한 아데닌 탈아미노화효소 (adenine deaminase)와 융합되어 A:T 에서 G:C 로의 전환을 유도한다. 현재 세대의 염기 편집기는 효율성을 최적화하기 위해 진화하고 개선되었지만 그 활동은 세포 유형 및 대상 시퀀스에 따라 매우 다양하다. 이전 연구에서는 염기 편집기의 효율성을 개선하기 위한 여러 노력들이 있었다. 특히, 우라실 N-글리코실라아제 (UNG, uracil DNA glycosylase )의 활성을 억제하는 우라실 글리코실라아제 억제제 (UGI, uracil DNA glycosylase inhibitor)를 융합하여 CBE 의 효율이 개선되었다. 따라서 본 연구에서는 특정 내인성 단백질 기능 억제가 염기 편집기에 미치는 효과를 조사하고자 하였다. 특정 단백질 기능을 억제하기 위해 소분자 약물이 적용되었으며 이러한 전략은 Cas9 기반 게놈 편집의 효율성을 향상시키는 데 사용되었지만 아직까지는 염기 편집기에서는 그 효과가 조사되지 않았다. 따라서 이 연구에서는 염기 편집기 효율성에 영향을 미치는 새로운 소분자를 식별하기 위해 형광 기반 리포터 시스템을 개발했다. 리포터 시스템이 통합된 HAP1 세포주에서 항암 특성을 가진 414 개의 소분자 약물 라이브러리를 스크리닝 했고, 히스톤 탈아세틸화효소 (HDAC, Histone deacetylase) 억제제가 높은 순위에 기록되었다. 순위가 가장 높은 로미뎁신은 내인성 표적 부위에서 아데닌 염기 편집 효율을 최대 3.8 배까지 증가시켰다. 이러한 효과는 로미뎁신이 ABE7.10 단백질 및 gRNA 의 발현 수준의 향상에 기여함을 확인하였다. 또한 HDAC 억제제는 히스톤 과아세틸화를 통해 열린 염색질 상태로 전환시킬 수 있다. 따라서 ABE7.10 의 접근성이 향상되었을 거라 추측했고, 발현 강화 효과를 배제하기 위해 정제된 ABE7.10 단백질-gRNA 복합체인 RNP (ribonucleoprotein)을 전기 천공 후 로미뎁신을 처리했을 때 염기 편집 효율이 최대 4.9 배 증가했다. 이러한 결과는 ChIP 분석에 의해 염색질이 열린 상태로 전환됨에 따라 RNP 접근성 향상에 의해 염기 편집 효율이 향상되었음을 시사한다. 결론적으로 HDAC 억제제는 개선된 발현 및 향상된 RNP 접근성을 기반으로 CRISPR 매개 염기 편집의 효율성을 높일 수 있다. 또한 이러한 결과는 CRISPR 매개 게놈 편집의 효율성을 개선하기 위한 추가 연구에 대한 통찰력을 제공하고, 치료 응용 분야에서 생체 내 게놈 편집의 효율성을 높이기 위한 전략을 지원할 수 있다.