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2021.05.26 (18:36:28)
코로나 증식 억제 단백질 발견… 치료제 개발 새 길 열었다
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| ▲ 그래픽 = 전승훈 기자 |
■ 기초과학硏·서울대·국제백신硏 연구 성과… 국제학술지 게재
코로나 유전자에 특정 결합하는
단백질 109개 일제히 찾아내
이중 37개는 하위RNA와 연결
코로나·감기바이러스 비교분석
바이러스 증식 돕는 단백질 8종
항바이러스 단백질 17종 발견
RNA 빅데이터 기반 교차 연구
숙주세포와 바이러스 지도 완성
신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)을 일으키는 바이러스의 증식을 억제할 수 있는 단백질들이 발견됐다. 지난해 코로나19의 고해상도 유전자 지도가 완성된 데 이어, 이번에 단백질체 지도까지 완성됨에 따라 향후 코로나19 치료제를 개발하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.
기초과학연구원(IBS) RNA 연구단 김빛내리 단장(서울대 생명과학부 교수) 연구팀은 서울대 단백질체연구실(교수 김종서), 국제백신연구소(사무총장 제롬 김)와 공동으로 코로나바이러스 RNA에 직접 결합해 증식을 제어하는 단백질들을 찾아냈다. 이로써 코로나19의 원인인 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)의 유전자와 단백질 구성이 소상하게 밝혀져 연관 연구에 기여할 것으로 전망된다. 과학기술정보통신부의 지원을 받은 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘분자 세포(Molecular Cell)’ 4월 27일자 온라인으로 게재됐다.
코로나19의 바이러스명은 ‘사스코로나바이러스-2’로 사스(중증급성호흡기증후군)의 바이러스인 ‘사스코로나바이러스(SARS-CoV)’와 이름도 비슷하고 유전자도 86%가량 일치한다. 게다가 두 바이러스 모두 박쥐에서 기원한다는 유사점도 있다. 이들 코로나바이러스는 RNA 바이러스의 한 종류이다. DNA가 아니라 RNA 형태의 유전자를 지니고 있다는 뜻이다. RNA 바이러스는 숙주세포에 침투해 자신의 유전정보가 담긴 ‘유전체 RNA(genomic RNA)’를 생산함으로써 여러 가지 ‘비구조 단백질’을 만들어 낸다. 비구조 단백질은 숙주세포의 1차 면역공격(선천면역)을 차단한 후 바이러스 유전체를 복제한다. 이후 유전체 RNA에서는 ‘하위유전체 RNA(subgenomic RNA)’가 생산된다. 하위유전체 RNA는 바이러스를 이루는 여러 ‘구조 단백질(스파이크, 외피 등)’의 설계도 역할을 한다. 침투한 세포 안에서 생성된 구조 단백질과 유전체 RNA는 이렇게 구조 단백질로 이뤄진 바이러스 입자를 만들어내면서 감염 세포를 탈출해 새로운 세포까지 연이어 감염시킨다. 이런 식으로 코로나바이러스의 증식에는 유전체 RNA 및 하위유전체 RNA에 결합하는 숙주세포의 단백질이 매우 중요한 역할을 한다. 현재까지 이들 단백질에 대해서는 밝혀진 사실이 거의 없었다.
이에 연구진은 사스코로나바이러스-2에 특이적으로 결합하는 단백질을 찾기 위해 특정 RNA에 결합하는 단백질만을 분리하는 기술을 개발, 이를 활용해 사스코로나바이러스-2 RNA에 결합하는 단백질 109개를 모두 찾아냈다. 특히 이 중 37개는 유전체 RNA와 하위유전체 RNA에 공통으로 결합한다는 사실까지 확인했다. 동시에 코로나바이러스의 또 다른 한 종류로 감기를 유발한다고 알려진 바이러스 ‘HCoV-OC43’과 비교 분석을 진행했다. 코로나바이러스과에 공통으로 작용하는 단백질과 사스코로나바이러스-2에만 결합하는 단백질을 분류해 각각의 기능을 구별하기 위한 것이다. 그 결과 바이러스 증식을 돕는 단백질 8종과 항바이러스 단백질 17종을 발견했다. 사스코로나바이러스-2에 직접 결합하는 단백질 일체는 물론, 이들이 바이러스 증식에 미치는 영향도 규명했다.
연구진은 또 한 걸음 더 나아가 RNA 빅데이터 기반의 교차분석을 통해 숙주세포와 사스코로나바이러스-2 간 네트워크 지도까지 완성했다. 바이러스 RNA 중심의 단백질 분자 간 상호작용 이해를 기반으로, 복잡하게 얽힌 숙주세포와 바이러스의 관계 일부를 밝혀낸 것이 큰 성과로 꼽힌다.
김빛내리 단장은 “이번 연구를 통해 코로나바이러스 계통에 공통적으로 결합하는 단백질이 있는 반면, 사스코로나바이러스-2 RNA에만 직접 결합하는 단백질도 있음을 밝혀냈다”며 “바이러스의 전사(轉寫·trascription)와 번역 과정의 조절에 사스코로나바이러스-2의 특이적인 단백질들이 어떤 역할을 하는지에 대해 더 심층적으로 이해할 수 있도록 기초연구를 지속하겠다”고 말했다.
김 단장 연구팀은 지난해 유전자 지도를 찾기 위해 2종의 차세대 염기서열 분석법(나노포어 직접 RNA 시퀀싱, 나노볼 DNA 시퀀싱)으로 사스코로나바이러스-2가 숙주세포 안에서 생산하는 RNA 전사체를 모두 분석한 바 있다. 이를 통해 바이러스 전사체가 어떻게 구성됐는지, 바이러스 유전자들이 유전체상의 어디에 위치하는지를 정확히 파악할 수 있게 했다.
코로나 유전자에 특정 결합하는
단백질 109개 일제히 찾아내
이중 37개는 하위RNA와 연결
코로나·감기바이러스 비교분석
바이러스 증식 돕는 단백질 8종
항바이러스 단백질 17종 발견
RNA 빅데이터 기반 교차 연구
숙주세포와 바이러스 지도 완성
신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)을 일으키는 바이러스의 증식을 억제할 수 있는 단백질들이 발견됐다. 지난해 코로나19의 고해상도 유전자 지도가 완성된 데 이어, 이번에 단백질체 지도까지 완성됨에 따라 향후 코로나19 치료제를 개발하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.
기초과학연구원(IBS) RNA 연구단 김빛내리 단장(서울대 생명과학부 교수) 연구팀은 서울대 단백질체연구실(교수 김종서), 국제백신연구소(사무총장 제롬 김)와 공동으로 코로나바이러스 RNA에 직접 결합해 증식을 제어하는 단백질들을 찾아냈다. 이로써 코로나19의 원인인 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)의 유전자와 단백질 구성이 소상하게 밝혀져 연관 연구에 기여할 것으로 전망된다. 과학기술정보통신부의 지원을 받은 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘분자 세포(Molecular Cell)’ 4월 27일자 온라인으로 게재됐다.
코로나19의 바이러스명은 ‘사스코로나바이러스-2’로 사스(중증급성호흡기증후군)의 바이러스인 ‘사스코로나바이러스(SARS-CoV)’와 이름도 비슷하고 유전자도 86%가량 일치한다. 게다가 두 바이러스 모두 박쥐에서 기원한다는 유사점도 있다. 이들 코로나바이러스는 RNA 바이러스의 한 종류이다. DNA가 아니라 RNA 형태의 유전자를 지니고 있다는 뜻이다. RNA 바이러스는 숙주세포에 침투해 자신의 유전정보가 담긴 ‘유전체 RNA(genomic RNA)’를 생산함으로써 여러 가지 ‘비구조 단백질’을 만들어 낸다. 비구조 단백질은 숙주세포의 1차 면역공격(선천면역)을 차단한 후 바이러스 유전체를 복제한다. 이후 유전체 RNA에서는 ‘하위유전체 RNA(subgenomic RNA)’가 생산된다. 하위유전체 RNA는 바이러스를 이루는 여러 ‘구조 단백질(스파이크, 외피 등)’의 설계도 역할을 한다. 침투한 세포 안에서 생성된 구조 단백질과 유전체 RNA는 이렇게 구조 단백질로 이뤄진 바이러스 입자를 만들어내면서 감염 세포를 탈출해 새로운 세포까지 연이어 감염시킨다. 이런 식으로 코로나바이러스의 증식에는 유전체 RNA 및 하위유전체 RNA에 결합하는 숙주세포의 단백질이 매우 중요한 역할을 한다. 현재까지 이들 단백질에 대해서는 밝혀진 사실이 거의 없었다.
이에 연구진은 사스코로나바이러스-2에 특이적으로 결합하는 단백질을 찾기 위해 특정 RNA에 결합하는 단백질만을 분리하는 기술을 개발, 이를 활용해 사스코로나바이러스-2 RNA에 결합하는 단백질 109개를 모두 찾아냈다. 특히 이 중 37개는 유전체 RNA와 하위유전체 RNA에 공통으로 결합한다는 사실까지 확인했다. 동시에 코로나바이러스의 또 다른 한 종류로 감기를 유발한다고 알려진 바이러스 ‘HCoV-OC43’과 비교 분석을 진행했다. 코로나바이러스과에 공통으로 작용하는 단백질과 사스코로나바이러스-2에만 결합하는 단백질을 분류해 각각의 기능을 구별하기 위한 것이다. 그 결과 바이러스 증식을 돕는 단백질 8종과 항바이러스 단백질 17종을 발견했다. 사스코로나바이러스-2에 직접 결합하는 단백질 일체는 물론, 이들이 바이러스 증식에 미치는 영향도 규명했다.
연구진은 또 한 걸음 더 나아가 RNA 빅데이터 기반의 교차분석을 통해 숙주세포와 사스코로나바이러스-2 간 네트워크 지도까지 완성했다. 바이러스 RNA 중심의 단백질 분자 간 상호작용 이해를 기반으로, 복잡하게 얽힌 숙주세포와 바이러스의 관계 일부를 밝혀낸 것이 큰 성과로 꼽힌다.
김빛내리 단장은 “이번 연구를 통해 코로나바이러스 계통에 공통적으로 결합하는 단백질이 있는 반면, 사스코로나바이러스-2 RNA에만 직접 결합하는 단백질도 있음을 밝혀냈다”며 “바이러스의 전사(轉寫·trascription)와 번역 과정의 조절에 사스코로나바이러스-2의 특이적인 단백질들이 어떤 역할을 하는지에 대해 더 심층적으로 이해할 수 있도록 기초연구를 지속하겠다”고 말했다.
김 단장 연구팀은 지난해 유전자 지도를 찾기 위해 2종의 차세대 염기서열 분석법(나노포어 직접 RNA 시퀀싱, 나노볼 DNA 시퀀싱)으로 사스코로나바이러스-2가 숙주세포 안에서 생산하는 RNA 전사체를 모두 분석한 바 있다. 이를 통해 바이러스 전사체가 어떻게 구성됐는지, 바이러스 유전자들이 유전체상의 어디에 위치하는지를 정확히 파악할 수 있게 했다.
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