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미 연구진 "스파이크 단백질 대체할 안정적 치료 표적 찾았다"

송고시간2021-04-12 17:00

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항체 결합 사이트를 비롯한 유사한 구조의 핵산단백질이 많은 코로나 계열 바이러스에 보존돼 있다는 걸 미국 펜실베이니아 주립대(Penn State) 과학자들이 발견했다.

신종 코로나의 핵산단백질이 스파이크 단백질을 대체할 이상적인 치료 표적이 될 수 있기 때문이다.

12일 미국 과학진흥협회(AAAS) 사이트(www.eurekalert.org)에 공개된 논문 개요 등에 따르면 연구팀은 코로나 계열 바이러스의 전체 핵산단백질 구조를 이번에 처음 밝혀냈다.

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신종 코로나 핵산단백질 구조 확인, 항체 결합 사이트도 발견

변이 코로나도 항체 효과 가능…영국 왕립화학협회 저널에 논문

돌연변이가 생긴 스파이크 단백질
돌연변이가 생긴 스파이크 단백질

닫힌 배열의 돌연변이 스파이크 단백질(右)과 정상 스파이크 단백질.
적색으로 표시된 630 루프(loop)가 스파이크 돌기의 수용체 결합이 너무 일찍 풀리는 걸 막는다.
[미국 보스턴 아동병원 천 빙 박사 제공 / 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 한기천 기자 = 뉴클레오캡시드(Nucleocapsid)는 바이러스의 유전체(genome)를 감싸서 보호하는 핵산단백질을 말한다.

항체 결합 사이트를 비롯한 유사한 구조의 핵산단백질이 많은 코로나 계열 바이러스에 보존돼 있다는 걸 미국 펜실베이니아 주립대(Penn State) 과학자들이 발견했다.

여기엔 신종 코로나는 물론이고 최근 잇따라 출현한 신종 코로나 변이도 포함된다.

연구팀은 또 코로나19(신종 코로나바이러스 감염증) 환자의 항체가 이 단백질과 어떻게 결합하는지도 확인했다.

이 발견은 특히 대유행 위험 요인으로 급부상한 신종 코로나 변이와 관련해 주목된다.

신종 코로나의 핵산단백질이 스파이크 단백질을 대체할 이상적인 치료 표적이 될 수 있기 때문이다.

연구 결과는 최근 영국 왕립화학협회가 발간하는 저널 '나노스케일'(Nanoscale)에 논문으로 실렸다.

12일 미국 과학진흥협회(AAAS) 사이트(www.eurekalert.org)에 공개된 논문 개요 등에 따르면 연구팀은 코로나 계열 바이러스의 전체 핵산단백질 구조를 이번에 처음 밝혀냈다.

연구를 이끈 뎁 켈리 분자 생물물리학 석좌 교수는 "사스 바이러스(SARS-CoV-1)부터 변이한 신종 코로나까지 (비슷한 구조의) 핵산단백질이 보존돼 있다는 걸 확인했다"라고 말했다.

코로나바이러스의 핵산단백질 구조
코로나바이러스의 핵산단백질 구조

모든 사스 관련 코로나바이러스에 보존된 핵산단백질 구조.
상단 왼쪽부터 신종 코로나(SARS-CoV-2), 사향 고양이 코로나, 사스 코로나(SARS-CoV), 메르스(MERS) 순.
같은 코로나 계열이지만 감기 바이러스 4종(하단 왼쪽부터 OC43·HKU1·NL63·229E)은 전혀 다른 구조를 가졌다.
[Kelly Lab/Penn State / 재판매 및 DB 금지]

대부분의 코로나19 진단 테스트와 백신은 신종 코로나의 스파이크 단백질을 기반으로 디자인된 것이다.

스파이크 단백질은 신종 코로나의 감염 경로를 여는 역할을 한다.

돌기 모양의 스파이크 단백질이 세포 수용체 ACE 2와 결합해야 '막(膜) 융합'을 거쳐 바이러스 입자가 세포 안으로 들어가는 길이 열린다.

접종 선호도가 높은 화이자 백신과 모더나 백신도 스파이크 단백질에 대한 방어 항체를 형성하는 원리로 개발됐다.

그러나 스파이크 단백질은 쉽게 돌연변이를 일으켜 변이 코로나가 파생하게 한다.

다음번 대유행 우려를 낳거나 일부 지역에서 이미 현실화한 영국·남아공·브라질·미국발 변이 코로나는 모두 스파이크 단백질의 돌연변이로 생긴 것이다.

바이러스 표면에 돌출한 스파이크 단백질과 달리 핵산단백질은 바이러스 내부에 단단히 싸여 있어 환경적 압력의 영향을 훨씬 덜 받는다고 연구팀은 강조한다.

하지만 바이러스에 감염된 세포에서 핵산단백질이 떨어져 나오면 혈액을 따라 이리저리 떠돌고, 이런 핵산단백질은 강한 면역반응을 일으켜 방어 항체가 형성되게 한다.

혈중 핵산단백질에 반응하는 검사 키트는 대부분 과거의 바이러스 감염 병력을, 스파이크 단백질에 반응하는 진단 키트는 현재 감염 여부를 각각 확인한다.

신종 코로나의 전송 전자현미경 이미지
신종 코로나의 전송 전자현미경 이미지

[미국 NIAID(국립 알레르기 감염병 연구소) 제공 / 재판매 및 DB 금지]

처음에 연구팀은 핵산단백질 구조를 확인하기 위해 인간에게 신종 코로나를 옮겼을 가능성이 있는 박쥐, 사향 고양이, 천산갑(pangolins) 등의 핵산단백질 염기서열을 함께 분석했다.

하지만 염기서열만 갖고는 단백질 구조에 관한 정보를 얻는 데 한계가 있었다.

그래서 코로나19 환자의 혈장을 전자현미경으로 관찰해 핵산단백질과 항체 결합 사이트 등의 이미지를 먼저 구한 뒤 단백질의 입체 구조를 보여주는 컴퓨터 모델을 개발했다.

이미지를 구하는 덴 순수한 핵산단백질 샘플을 급속 냉동해 초저온 전자 현미경으로 관찰하는 방법을 썼다.

이 과정에서 핵산단백질의 항체 결합 사이트가 모든 샘플에서 변하지 않은 채 그대로 남아 있다는 걸 확인했다.

온전히 보전된 핵산단백질의 항체 결합 사이트가, 어떤 변이 코로나에 감염된 환자라도 치료할 수 있는 잠정적 표적이 될 수 있다는 걸 의미한다.

켈리 교수는 "이 결합 사이트를 표적으로 치료제를 개발한다면 코로나19 환자, 특히 장기 후유증 환자의 염증과 지속적인 면역 반응을 줄이는 데 도움을 줄 수 있다"라고 말했다.

코로나19의 장기 후유증 환자(long hauler)는 6주 이상 치료가 길어지는 경우를 말한다.

현재는 코로나19를 치료받은 후에 여러 가지 심각한 후유증을 겪는 사례가 적지 않은 것으로 알려져 있다.

cheon@yna.co.kr

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