병원성 바이러스서 mRNA백신 성능 높이는 방법 찾았다

김빛내리 IBS RNA연구단장, 학술지 '셀'에 발표

바이러스 RNA의 안정성과 단백질 생산을 증가시키는 'RNA 염기서열'이 발견됐다. 이를 활용하면 메신저리보핵산(mRNA) 백신과 유전자 치료제의 안전성과 효과를 높일 수 있을 것으로 기대된다.   

김빛내리 기초과학연구원(IBS) RNA연구단장 연구팀은 수백 종의 바이러스RNA를 동시에 분석할 수 있는 대량 시퀀싱 기술을 이용해 RNA 안정성과 단백질 생산을 증가시키는 염기서열을 발견하고 이를 ‘K5’로 명명했다. 이번 연구는 국제학술지 ‘셀’ 온라인판에 6일 게재됐다. 

연구팀은 인간에게 감염을 일으키는 것으로 알려진 모든 바이러스의 RNA 서열 정보를 모았다. 편향되지 않은 선별기준을 적용해 143종의 대표 바이러스 서열을 선별하고, 각 바이러스 서열은 동일한 길이(130개 뉴클레오티드)로 잘라 3만 여개의 절편으로 만들었다. 절편을 세포에 넣어 각 바이러스 서열들이 RNA 안정성과 단백질 생산을 증가시키는지 분석했다. 

그 결과 RNA 안정성과 단백질 생산을 증가시키는 역할을 하는 다수의 서열들이 발견됐다. RNA 안정화와 단백질 생산 모두에 기여하는 서열은 16개였다. 그 중 가장 효과가 뛰어난 서열이 K5였다. 

K5는 에이치바이러스의 3말단 쪽에 위치한 서열이다. 에이치바이러스는 코부바이러스 속 피코나비리데 과에 속하는 바이러스로, 단일가닥 RNA를 유전체로 갖고 있다. 전 세계에 널리 퍼져있지만 가벼운 장염 정도만 일으키는 병원성 바이러스이기 때문에 연구에 거의 활용되지 않았다. 

새로운 조절 RNA 서열을 찾는 연구팀의 스크리닝 전략. IBS 제공.

연구팀은 이번 연구를 통해 그동안 연구자들로부터 소외돼온 K5를 면밀하게 살폈다. 이를 통해 K5 조절 서열이 ZCCHC2-TENT4 단백질 복합체를 이루는 TENT4 단백질을 이용해 RNA 혼합꼬리를 생성하고, 이를 통해 RNA의 안정화와 단백질 증가를 이룬다는 사실을 확인했다. 

연구팀은 K5 서열을 바이러스 벡터(유전자 치료에 사용)에 삽입하는 실험을 진행해 이 서열의 임상적 활용 가능성도 확인했다. K5를 삽입하자 바이러스 벡터의 유전자 전달 효과가 크게 증가했다. mRNA 백신에 삽입했을 땐 mRNA가 안정화되고 장시간 많은 양의 단백질이 생산된다는 점도 확인했다. 이는 K5 서열이 RNA 치료제의 성능을 높일 수 있다는 의미다. 

김 단장은 “K5 서열을 이용해 mRNA 백신과 유전자 치료제의 안정성 및 성능을 높일 수 있을 것”이라며 “고병원성 바이러스에만 집중하는 기존 접근 방식으로는 이루기 어려운 성과였다. 경미한 바이러스도 향후 심각한 바이러스로 진화할 수 있으므로 편향 없이 다양한 바이러스를 연구하는 것이 중요하다”고 말했다.

[문세영 기자 moon09@donga.com]