인체세포 뚫는 코로나 바이러스 스파이크 단백질 생산과정 밝혀졌다

사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2). 미국 국립알레르기전염병연구소(NIAID) 제공

신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19)을 유발하는 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)는 인체 세포에 침입하면 유전체를 복제하고 이 복제된 유전체를 이용해 바이러스 껍데기와 효소가 되는 단백질을 생성한다.

국내 연구팀이 이 과정을 고해상도로 측정해 바이러스의 단백질 생성 효율을 조절하는 새로운 인자를 찾아냈다. 이 인자는 바이러스가 인체 세포에 침투할 때 필요한 ‘스파이크 단백질’ 생성과 연관이 있는 것으로 나타나 향후 인자를 표적으로 하는 치료제 개발이 기대되고 있다.

박만성 고려대 의대 교수와 김윤기 고려대 생명과학과 교수, 백대현 서울대 생명과학부 교수팀은 사스코로나바이러스-2가 인체 세포가 침입한 후 일어나는 유전체 발현 변화의 양상을 측정한 연구결과를 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 25일자에 소개했다.

바이러스가 단백질을 생성하는 것은 2단계 과정을 거친다. 유전체에서 필요한 부위(유전자)의 리보핵산(RNA)만 읽어 일종의 ‘사본’에 해당하는 RNA를 따로 만든다. 유전체에서 단백질을 만들 때 필요한 중간 매개 유전물질인 ‘전사체(mRNA)’다. 유전체가 일종의 ‘바이러스의 종합 설계도’라면 전사체는 ‘불필요한 부분을 뺀 ‘핵심 설계도’ 사본에 해당한다. 

김빛내리 기초과학연구원(IBS) RNA연구단장과 장혜식 연구위원, 김동완 연구원팀은 앞서 지난해 4월 ‘전사체’ 전체를 해독한 결과를 국제학술지 ‘셀’에 발표했다. 당시 바이러스의 유전체을 해독한 연구는 기존에도 보고된 일이 있지만, 바이러스 유전자의 정확한 위치와 수, 특성까지 정확히 밝힌 것은 처음이다.

TIS-L의 기능을 저해함으로써 사스코로나바이러스-2유전자 발현을 교란하여 바이러스의 감염성을 억제하려는 전략에 대한 모식도이다. 한국연구재단 제공

박만성 ·김윤기 ·백대현 교수팀은 전사체 해독에서 더 나아가 ‘번역체’를 해독했다. 번역체는 전사체를 해독해 단백질을 생산하는 과정의 종합적 양상을 뜻한다. mRNA로부터 단백질이 생성되는 번역 과정은 그동안 많이 알려지지 않았다. 연구팀은 차세대 염기서열해독기술이 활용해 사스코로나바이러스-2 감염 후 시간별로 유전체의 번역과 전사 양상을 측정하고, 번역체 지도를 그렸다.

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연구팀은 번역체 지도에서 바이러스의 단백질 생성 효율을 조절하는 신규 인자인 ‘TIS-L’을 발굴했다. TIS-L은 코로나19 백신의 주요 표적인 스파이크 단백질을 비롯해 바이러스 단백질들의 번역 효율에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 백대현 교수는 “기존에 연구자들이 잘 주목하지 않았던 지역에서 번역이 가장 활발하게 일어났다”며 “이를 표적으로 한 치료제 개발의 단초가 될 수 있다. 후속 연구를 진행 중”이라고 말했다.

연구팀은 인간 유전자의 발현 패턴 변화도 함께 분석했다. 그 결과 인체 세포가 사스코로나바이러스-2에 감염된 후 8시간까지인 감염 초기에 세포 스트레스와 관련한 유전자들이, 그 이후에는 면역 반응과 관련한 유전자들이 크게 반응함을 확인했다. 연구팀은 “바이러스의 병태생리학적 기전을 이해하기 위한 실마리를 제공했다”고 밝혔다.

왼쪽부터 김윤기 고려대 생명과학과 교수와 박만성 고려대 의대 교수, 백대현 서울대 생명과학부 교수. 한국연구재단 제공