기초과학연구원(IBS) RNA연구단장을 맡고 있는 김빛내리 서울대 생명과학부 석좌교수가 지난 2일 서울 관악구 서울대학교에서 연구단의 mRNA 백신 작동원리 세계 최초 규명과 관련해 기자간담회를 하는 모습. 연합뉴스새로운 백신 및 치료제 플랫폼으로 주목받는 mRNA 백신이 효과적이고 안정적으로 개발될 수 있는 단초가 밝혀졌다.
과학기술정보통신부는 김빛내리 기초과학연구원(IBS) RNA연구단 단장 연구팀이 mRNA 백신의 세포 내 전달과 분해를 제어하는 단백질 군을 찾아내고 작동원리도 최초로 규명해 최고 권위 국제학술지 '사이언스'에 발표했다고 4일 밝혔다.
코로나19 백신으로 대표되는 mRNA 기반 기술은 감염병 대응뿐 아니라 암 백신, 면역 및 유전자 치료 등 다양한 활용이 가능하여 성장 잠재력이 매우 큰 것으로 알려졌다.
연구팀은 외부 mRNA를 제어하는 세포 내 인자를 찾기 위해 크리스퍼(CRISPR) 유전자가위를 이용한 '녹아웃 스크리닝'을 진행했다.
이 기법은 세포 내 단백질 유전자 1만9114개 중 하나를 없앤 세포들을 만들고 형광단백질(GFP)을 만드는 mRNA를 넣은 지질나노입자를 주입해 세포들이 어떻게 반응하는지를 살피는 것으로, mRNA 활성화를 형광 정도를 통해 판별하고 이 세포에서 어떤 단백질이 사라졌는지를 분석해 연관된 인자를 찾을 수 있다.
기초과학연구원(IBS) RNA연구단장을 맡고 있는 김빛내리 서울대 생명과학부 석좌교수가 지난 2일 서울 관악구 서울대학교에서 연구단의 mRNA 백신 작동원리 세계 최초 규명과 관련해 기자간담회를 하는 모습. 연합뉴스
분석 결과 연구팀은 우선 세포막 표면에서 외부 물질 유입을 돕는 당단백질인 황산헤파란 분자가 mRNA를 감싼 지질나노입자와 결합해 세포 내 유입을 촉진하고, 이를 통해 지질나노입자가 세포 내 소포체로 들어가는 것을 확인했다.
이후 양성자 이온 펌프인 'V형 아데노신삼인산(ATP) 가수분해효소'(V-ATPase)가 소포체 내부를 산성화시키고 지질나노입자가 양전하를 띄도록 해 소포체 막을 일시적으로 파열시키는데, 이 막이 깨지면서 mRNA가 세포질로 방출돼 단백질 발현이 이뤄지는 것을 확인했다.
여기에 더해 연구팀은 양성자 이온이 외부 RNA의 침입을 경보하는 역할을 한다는 것도 처음 확인했다.
세포질 내에 'TRIM25' 단백질이 외부 mRNA를 침입자로 인식하고 제거하게 되는데, 이 단백질이 소포체 막 파열로 방출되는 양성자 이온에 의해 활성화되며 외부 RNA를 빠르게 절단하고 분해하는 것을 알아낸 것이다.
김 단장은 연구 의의에 대해 "양성자 이온이 면역 신호 전달 물질로 작용한다는 사실을 최초로 발견하고 외부 침입자에 대항하는 세포의 방어 기전에 대한 이해를 한층 넓혀 RNA뿐 아니라 면역, 세포신호 분야에도 새로운 연구 방향을 제시할 것으로 보인다"고 설명했다.