바이러스 RNA 보호 전략을 이용해 mRNA 백신과 치료제의 성능을 높일 가능성이 제시됐다. 게티이미지뱅크 제공 바이러스가 자신의 유전물질인 리보핵산(RNA)을 보호하는 조절 원리가 밝혀졌다. 새롭게 발견된 RNA 조절 요소를 활용해 단백질 생산에 필요한 메신저RNA(mRNA)의 수명을 약 3배 늘릴 수 있는 것으로 확인돼 향후 mRNA 백신·치료제의 성능을 높이는 새로운 도구로 활용될 가능성이 제시됐다. 과학기술정보통신부(과기정통부)는 김빛내리 기초과학연구원(IBS) RNA 연구단장 연구팀이 척추동물 감염 바이러스 337종을 분석해 RNA 안정성과 단백질 생성을 높이는 다양한 조절 요소를 발굴하고 작동 원리를 규명했다고 14일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '셀'에 같은 날 게재됐다. 바이러스는 숙주 세포의 RNA 조절 시스템을 활용해 작은 크기의 유전체로도 자신의 유전정보를 효율적으로 작동시킨다. 단백질 생산에 필수적인 mRNA는 말단에 있는 '폴리(A) 꼬리'가 짧아지면 쉽게 분해된다. 바이러스는 숙주 세포의 RNA 조절 효소를 이용해 꼬리를 보호하는 다양한 전략을 발달시켰다. 연구팀은 바이러스의 RNA 조절 전략을 mRNA 백신과 RNA 치료제 안정성을 높이는 데 활용하고자 했다. 이번 연구에 앞서 연구팀은 바이러스의 RNA 안정화 요소를 발굴하고 치료용 mRNA에 적용해 안정성과 단백질 생산력을 높일 수 있다는 사실을 밝힌 연구결과를 2023년 국제학술지 '셀'과 지난해 '네이처 바이오테크놀로지'에 발표했다. 연구팀이 발굴한 안정화 요소들은 'TENT4' 효소와 결합해 mRNA 꼬리를 강화하는 방식으로 작동하는 것으로 확인됐다 야마토2게임주소 . 다만 일부 바이러스와 개별 조절 요소 중심으로 연구가 진행돼 다양한 바이러스가 진화시킨 RNA 조절 전략을 체계적으로 파악하지는 못했다. 연구팀이 발견한 새로운 바이러스 RNA 조절 요소인 테일론의 작용 과정. 테일론 서열은 TENT4나 PAP 서열과 결합한 뒤 mRNA 꼬리를 보강한다. 과기정통부 제공 연구팀은 연구 대상을 대폭 확대했다. 척추동물 감염 바이러스 297개 속·337종 유전체를 약 20만 개 RNA 조각으로 나눠 합성한 뒤 분석했다. 바이러스 RNA 조절 요소의 다양한 작동 기전·진화적 특징을 체계적으로 확인했다. 분석 결과 TENT4 조절 효소 활용 전략이 예상한 것보다 더 다양한 바이러스에 폭넓게 존재했다. 연구팀은 TENT4를 활용해 RNA 안정성·단백질 생성을 향상시키는 조절 요소 23개를 발견했다. 조절 요소는 19개 바이러스 속에 걸쳐 분포했다. 서열과 구조적 특징에 따라서는 최소 6가지 유형으로 나뉘었다. 연구팀은 "계통적으로 먼 바이러스들이 동일한 숙주 RNA 조절 시스템을 활용하는 유사한 전략을 독립적으로 진화시켰음을 보여준다"고 설명했다. TENT4를 이용하지 않는 새로운 조절 요소들도 다수 발견됐다. 이 중 'Pt1'가 특히 강력한 효과를 나타냈다. Pt1은 TENT4 대신 폴리(A) 꼬리를 합성하는 효소 'PAP'를 직접 끌여들여 짧아지는 꼬리를 다시 연장하는 것으로 확인됐다. 연구팀은 TENT4나 PAP 등 숙주의 RNA 꼬리 조절 효소를 활용해 RNA 안정성과 단백질 생성을 높이는 바이러스 RNA 조절 요소들을 '테일론'으로 명명했다 황금성하는법 . 테일론을 부착한 선형 mRNA의 RNA 안정성과 단백질 생산 측정. 테일론을 붙인 선형 mRNA의 RNA 양과 단백질 총 생산량이 상대적으로 높은 것을 확인할 수 있다. 과기정통부 제공 Pt1이 실제 RNA 안정성을 높이는지 확인하기 위한 실험도 진행됐다. 연구팀은 '선형 mRNA'에 Pt1을 접착했다. 선형 mRNA는 양 끝이 외부에 노출돼 있어 세포 내 분해 효소에 의해 쉽게 파괴된다. 실험 결과 Pt1을 붙인 선형 mRNA는 가장 안정적인 mRNA 형태인 '원형 mRNA' 수준으로 안정성이 향상됐다. mRNA 꼬리의 염기 개수는 60개에서 194개로 늘어나고 세포 내 수명은 7.6시간에서 23.1시간으로 약 3배 증가했다. 연구팀이 발굴한 Pt1은 상대적으로 제조가 쉬운 선형 mRNA의 형태를 그대로 유지하면서도 원형 RNA 수준의 수명과 단백질 생산성을 확보할 수 있어 활용 가능성이 크다고 평가된다. 연구팀은 "mRNA 백신·치료제 성능을 높이는 새로운 혁신 기술 개발의 기반이 될 것"이라고 기대했다. 김빛내리 IBS 연구단장은 "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. 김성수 과기정통부 연구개발실장은 "첨단 바이오 연구를 주도하려면 결국 생명에 대한 근본적인 이해가 가장 중요하다"며 "국가 과학 경쟁력 강화와 인류 공영에 기여할 수 있도록 미지의 원리를 규명하는 기초과학 연구를 꾸준히 지원하겠다"고 밝혔다. ㈌ 릴게임신천지