(뉴스인020 = 김나현 기자) 새로운 치료 체계(플랫폼)로 각광 받는 전령 리보핵산(mRNA) 백신을 더욱 효과적이고 안정적으로 개발할 수 있는 단초가 국내 연구진에 의하여 밝혀졌다.

 

과학기술정보통신부는 기초과학연구원 리보핵산(RNA) 연구단 김빛내리 단장(서울대 생명과학부 석좌교수) 연구진이 전령 리보핵산(mRNA) 백신의 세포 내 전달과 분해를 제어하는 단백질 군을 찾아내고 그 작동원리를 최초로 규명했다고 밝혔다.

 

이번 연구 결과는 세계 최고 권위 학술지 사이언스(Science, IF 44.7)에 4월 4일 온라인 게재됐다.

 

코로나19 백신으로 대표되는 전령 리보핵산(mRNA) 기반 기술은 감염병 대응뿐 아니라 암 백신, 면역 및 유전자 치료 등 다양한 활용이 가능하여 성장 잠재력이 매우 크다. 특히, 전령 리보핵산(mRNA) 합성 기법과 체내 전달 물질인 지질나노입자 개발을 통해 전령 리보핵산(mRNA) 기술은 혁신적인 치료 체계(플랫폼)로 성장했다.

 

그러나 치료용 리보핵산(RNA)이 체내에서 어떻게 작동･조절되는지 구체적인 기작은 충분히 알려지지 않았다. 또한 코로나19 백신의 주역인 N1-메틸수도유리딘 변형 염기는 전령 리보핵산(mRNA) 백신의 효능 혁신과 상용화를 이끌었지만 무엇이 효능을 높였는지, 원리가 무엇인지는 분명치 않았다.

 

이에 기초과학연구원 연구진은 전령 리보핵산(mRNA)을 제어하는 세포 내 인자들을 찾아내고자 유전자가위를 이용한 녹아웃 스크리닝을 면밀하게 진행했다.

 

전령 리보핵산(mRNA) 치료제의 효능을 높이고 부작용을 없애려면 전령 리보핵산(mRNA)이 세포로 유입･조절되는 인자와 활용되는 과정을 이해해야 가능하기 때문이다.

 

이번 연구에서는 약 2만 개의 유전자를 포함한 크리스퍼(CRISPR) 라이브러리를 활용하여 전령 리보핵산(mRNA) 백신을 조절하는 세포 인자를 유전체 수준에서 스크리닝

 

그 결과 연구진은 발견①전령 리보핵산(mRNA)DL 세포 내로 전달･유입되는 데 필요한 핵심 단백질 인자들과 조절 경로를 밝혀냈다.

 

구체적으로 살펴보면 우선, 세포막 표면에 있는 ‘황산 헤파란’ 분자는 전령 리보핵산(mRNA)을 감싼 지질나노입자와 결합해 세포 내 유입을 촉진한다. 이를 통해 지질나노입자는 세포내 소포체로 들어가게 된다.

 

그리고, 양성자 이온 펌프 ‘V-ATPase’는 소포체 내부를 산성화시키고 지질나노입자가 양전하를 띄도록 하여 소포체 막을 일시적으로 파열시키는데, 이 막이 깨지면서 전령 리보핵산(mRNA)이 세포질로 방출, 단백질로 발현할 수 있게 되는 것이다.

 

연구진은 발견②리보핵산(RNA) 치료제에 대한 주요 억제 인자와 함께 외부 리보핵산(RNA)의 침입을 경보하는 양성자 이온의 중요한 역할도 최초로 발견했다.

 

세포질 내 ‘TRIM25’ 단백질이 전령 리보핵산(mRNA)을 침입자로 인식하고 제거한다. 이 단백질은 소포체 막이 파열되면서 방출되는 양성자 이온에 의해 활성화되며, 외인성 리보핵산(RNA)에 특이적으로 표적･결합하여 다른 절단 효소 및 보조 단백질과 함께 리보핵산(RNA)를 빠르게 절단하고 분해한다.

 

아울러, 연구진은 발견③전령 리보핵산(mRNA)을 결합･제거하는 TRIM25 단백질이 N1-메틸수도유리딘 변형 염기에는 그 결합력이 현저히 감소하여 전령 리보핵산(mRNA)을 절단･분해하지 못한다는 사실도 발견했다. 코로나19 전령 리보핵산(mRNA) 백신의 효능과 안정성을 향상시킬 수 있었던 요인과 원리를 이해하게 된 것이다.

 

과기정통부 관계자는 “이번 연구는 전령 리보핵산(mRNA) 백신의 세포 내 작동 원리를 최초로 밝혀냄으로써 전령 리보핵산(mRNA) 치료제의 효능과 안정성을 한 단계 높여갈 이론적 토대가 마련됐다는데 큰 의미가 있다”고 밝혔다.

 

김빛내리 단장은 “양성자 이온이 면역 신호 전달 물질로 작용한다는 사실을 최초로 발견하고 외부 침입자에 대항하는 세포의 방어 기전에 대한 이해를 한층 넓혀 리보핵산(RNA)뿐 아니라 면역, 세포신호 분야에도 새로운 연구 방향을 제시할 것으로 보인다”고 연구의 의의를 덧붙였다.