김빛내리 IBS 연구팀, 바이러스 337종 대규모 분석

새 조절요소 'Pt1' 발굴…mRNA 백신·치료제 성능 향상 기대

[IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 조승한 기자 = 국내 연구팀이 바이러스 337종을 대규모 분석해 바이러스가 숙주 세포의 리보핵산(RNA) 조절 시스템을 이용해 RNA를 오래 유지하고 단백질 생산을 높이는 전략을 규명했다.

특히 새로 발굴한 RNA 조절 요소 'Pt1'을 적용하자 메신저 리보핵산(mRNA)의 세포 내 수명이 3배가량 늘어난 것으로 나타나 mRNA 백신과 치료제의 약효 지속성과 성능을 높이는 기술로 활용될 가능성이 기대된다.

◇ 바이러스 337종 대규모 분석…RNA 안정화 전략 규명

과학기술정보통신부는 기초과학연구원(IBS) RNA 연구단 김빛내리 단장 연구팀이 척추동물 감염 바이러스 337종을 분석해 RNA의 안전성과 단백질 생산을 높이는 조절 요소를 발굴하고 작동 원리를 규명했다고 14일 밝혔다.

이번 연구 결과는 세계 최고 권위 국제학술지 '셀'에 이날 실렸다.

바이러스는 아주 작은 유전체로 자신의 유전정보를 효율적으로 작동시키기 위해 숙주 세포의 RNA 조절 시스템을 정교하게 활용하도록 진화해 왔다.

특히 단백질 생산에 필요한 mRNA 말단의 'poly(A) 꼬리'가 짧아지면 mRNA가 쉽게 분해되는데, 바이러스는 숙주 세포의 RNA 조절 효소를 이용해 꼬리를 보호하는 다양한 전략을 발달시켜 왔다.

poly(A) 꼬리는 RNA 구성 4가지 염기 중 하나인 아데닌(A)이 연속적으로 이어진 구조로 mRNA를 안정적으로 유지하는 역할을 한다.

연구팀은 앞선 연구에서 'TENT4' 효소와 결합해 mRNA 꼬리를 강화하는 식으로 작동하는 바이러스의 RNA 안정화 요소들을 발굴했다.

TENT4는 RNA 말단에 '혼합 꼬리'를 형성해 분해를 억제하고 수명을 늘려주는 RNA 조절 효소다.

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연구팀의 이전 연구들은 일부 바이러스와 개별 조절 요소를 분석했는데, 이번에는 척추동물 감염 바이러스 297개 속, 337종에 달하는 바이러스 유전체를 19만6천277개 RNA 조각으로 나눠 합성하고 대량 병렬 분석하는 방법으로 RNA 조절 요소와 작동 원리, 진화적 특징을 분석했다.

그 결과 기존에 확인한 TENT4 조절 효소 활용 전략이 더 다양한 바이러스에 폭넓게 존재하는 사실을 연구팀은 확인했다.

TNET4를 이용해 RNA 안전성과 단백질 생성을 높이는 조절 요소 23개가 확인됐으며 이들은 19개 바이러스 속에 걸쳐 분포하는 것을 확인했다.

서열과 구조적 특징으로는 6가지 유형으로 구분됐는데, 이는 계통적으로 먼 바이러스도 동일 숙주 RNA 조절 시스템을 활용하는 유사 전략을 독립적으로 진화시켜 왔음을 뜻한다고 연구팀은 설명했다.

◇ 새 조절요소 'Pt1' 발견…mRNA 수명 3배 늘려

분석에서는 TENT4를 이용하지 않는 새로운 조절 요소도 다수 발견됐다.

뱀장어 피코르나바이러스 유전체 말단 조절구간에서 발견된 Pt1은 poly(A) 꼬리를 합성하는 효소인 'PAP'를 직접 끌어들여 짧아지는 꼬리를 다시 연장하는 것으로 나타났다.

연구팀은 숙주 RNA 꼬리 조절 효소를 활용하는 이런 요소들을 '테일론'(tailon)으로 이름 지었다.

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또 연구팀은 Pt1이 실제 RNA 안정성을 높이는지 확인하기 위해 양 끝이 열려 있어 쉽게 파괴되는 일반적 '선형 mRNA'에 적용한 결과 안정적으로 알려진 '원형 RNA' 수준으로 안정성을 향상하는 것을 확인했다.

Pt1을 붙인 선형 mRNA 꼬리는 60개에서 194개까지 늘어났고 세포 내 수명(반감기)도 7.6시간에서 23.1시간으로 3배 증가했다.

◇ 생쥐서 2주 뒤에도 신호…mRNA 백신·치료제 활용 기대

연구팀은 Pt1이 상대적으로 제조가 쉬운 선형 mRNA 장점을 살리면서도 RNA 수명과 단백질 생산을 높일 수 있어 mRNA 백신과 치료제 성능을 높이는 기술의 실마리가 될 것으로 기대했다.

생쥐 실험에서도 테일론을 포함하는 선형 mRNA를 넣었을 때 투여 2주 후에도 신호가 나타났지만, 대조군군 RNA는 하루면 신호가 거의 나타나지 않아 안정성을 확인했다고 연구팀은 설명했다.

김 단장은 번 연구는 바이러스가 숙주 세포의 RNA 조절 시스템을 이용하는 정교한 전략을 대규모로 밝혀낸 성과"라며, "발굴한 조절 요소들은 기존 mRNA 치료 기술의 한계를 극복하고 약효 지속성을 대폭 높일 수 있는 강력한 분자 도구가 될 것"이라고 말했다.

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shjo@yna.co.kr

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