기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 RNA 연구단 김빛내리 단장(서울대 생명과학부 석좌교수) 연구팀이 수백 종의 바이러스 RNA를 동시에 분석할 수 있는 대량 시퀀싱 기술을 이용해, 바이러스의 RNA 안정성과 단백질 생산을 증가시키는 RNA 염기서열을 발견했다고 밝혔다.
'K5'로 명명한 이 서열을 활용하면 RNA 치료제의 성능을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다.
코로나 바이러스 감염증을 일으키는 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)의 등장 이후 감염병 극복을 위해 바이러스 연구에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 바이러스는 환경에 빠르게 적응하기 위해 다양한 생물학적 메커니즘을 진화시켰다.
이러한 바이러스에 대한 연구는 생명과학 발전에 크게 기여했지만, 아직까지 바이러스 연구는 주로 의학적으로나 산업적으로 중요하다고 알려진 극소수의 바이러스에 제한되어 있다.
그러나 바이러스는 그 종류와 생활사가 매우 다양하기 때문에 유전자와 RNA에 관한 새로운 지식을 얻을 수 있는 미개척의 '지식의 보고'일 수 있다.
연구진은 바이러스가 가지고 있는 RNA 안정화와 단백질 생산에 기여하는 조절 서열을 찾기 위해, 인간에게 감염된다고 알려진 모든 바이러스 RNA 서열 정보를 모았다. 그리고 모든 바이러스를 대표할 수 있도록 편향되지 않은 선별기준을 적용해 143종의 대표 바이러스 서열을 선별했다.
선별된 바이러스 서열을 동일한 길이(130개 뉴클레오티드)로 잘라 3만여 개의 절편을 만들고, 세포에 넣어 각각의 바이러스 서열들이 RNA 안정성과 단백질 생산을 증가시킬 수 있는지 분석했다.
이 스크리닝 과정을 통해, 연구진은 RNA 안정화와 단백질 생산을 증가시키는 다수의 조절 서열을 찾아낼 수 있었으며 RNA 안정화와 단백질 생산 모두에 기여하는 16개의 서열을 동정했다. 그리고 그 중 가장 효과가 뛰어난 서열을 찾아내 'K5'라고 명명하고, 이 서열에 대해 상세히 분석했다.
K5는 에이치바이러스(Aichivirus)의 3말단 쪽에 위치한 서열이다. 에이치바이러스는 코부바이러스(Kobuvirus) 속, 피코나비리데(Piconaviridae) 과에 속한 바이러스로, 유전체로 단일가닥 RNA를 가진 바이러스이다. 전 세계에 널리 퍼져있지만, 약한 장염 정도만 일으키는 병원성을 가지고 있어 거의 연구가 되지 않는 바이러스다.
연구진은 K5 조절 서열이 ZCCHC2-TENT4 단백질 복합체를 이루는 TENT4 단백질을 이용해 RNA에 혼합꼬리를 생성함으로써, RNA가 분해되지 않고 단백질을 많이 생산하도록 돕는다는 사실을 밝혔다.
K5는 두 개의 헤어핀 구조를 이루고 있는데, ZCCHC2-TENT4 단백질 복합체가 K5 서열에 결합하게 되면 TENT4 단백질이 바이러스의 아데닌 꼬리 부분에 혼합꼬리를 형성하게 된다. 이 혼합꼬리로 인해 RNA 분해 속도가 줄어 RNA 안정성이 높아진다.
나아가 연구진은 K5 서열을 유전자 치료에 사용하는 바이러스 벡터에 삽입하는 실험으로 K5 서열의 임상적 활용 가능성을 확인하였는데, 실험 결과 바이러스 벡터의 유전자 전달 효과가 크게 증가했다.
또한 mRNA 백신에 삽입하면 mRNA가 안정화되고 오랫동안 많은 양의 단백질을 생산하는 것을 확인했다. 이는 K5 서열을 활용하여 RNA 치료제의 성능을 높일 수 있음을 보여준다.
김 빛내리 단장은 “바이러스 RNA의 K5 서열은 RNA의 안정성과 단백질 생산을 증가시킨다”며, “K5 서열을 이용해 mRNA 백신과 유전자치료제의 안정성과 성능을 높일 수 있을 것”이라고 전했다.
또한, “이번 성과는 고병원성 바이러스에만 집중하는 기존의 접근 방식으로는 이루기 어려운 성과”라며, “현재 경미한 바이러스라도 향후 심각한 바이러스로 진화할 수 있으므로, 편향 없이 다양한 바이러스를 연구하는 것이 중요하다”고 연구의 의의를 전했다.
이번 연구 성과는 생물학 분야 권위지 셀(Cell, IF 66.850)에 7월 6일 온라인 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
