사스 특유의 유전체 도메인, 숙주세포의 자체 단백질 생성 차단

독일 뮌헨대 등 연구진, '엠보 저널'에 논문

  학계에선 신종 코로나바이러스를 'SARS-CoV-2'라고 한다. 왕관 모양의 표면 돌기를 공유한 코로나 계열의 '새로운 사스 바이러스'라는 의미다.

사실 코로나 계열 바이러스는 알려진 것만 수백 종에 달한다.

다행히 그중에서 인간에게 감염해 질병을 일으키는 건 7종뿐이다.

현재 대유행 중인 신종 코로나 외에 사스(중증 급성호흡기증후군) 코로나(SARS-CoV-1), 메르스(중동호흡기증후군) 코로나(MERS-CoV), 계절성 인간 코로나(HCoVs) 4종 등이 여기에 해당한다.

계절성 인간 코로나는 재채기, 코막힘 등의 증상을 일으키는 감기 바이러스로 발견된 지 50년이 넘었다.

신종 코로나의 원조 격인 사스 코로나는 2002~2003년에 유행했다.

이 사스 코로나는 인간에 감염해 치명적인 폐렴을 일으킨 첫 번째 코로나바이러스로 기록됐다.

신종 코로나와 사스 코로나의 RNA 유전체엔 SUD(SARS-unique domain)라는 독특한 영역이 있다.

감기 코로나엔 없는 이 SUD 도메인이, 이들 두 사스 코로나가 심각한 감염 질환을 일으키는 데 핵심 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.

SUD 도메인의 유전자 정보로 생성되는 단백질(이하 SUD 단백질)이 인체 세포의 단백질 합성에 개입해, 바이러스 입자의 대량 증식에 유리한 환경을 조성한다는 게 요지다.

독일 뮌헨대(루트비히 막시밀리안 뮌헨대)와 뤼베크 대 과학자들은 20일(현지 시각) 분자생물학 국제학술지 '엠보 저널(EMBO Journal)'에 관련 논문을 발표했다.

신종 코로나와 사스 코로나의 SUD 도메인 단백질은, 인체 세포의 첫 번째 단백질 합성 단계에 관여하는 Paip-1 번역 인자(translation factor)와 먼저 상호작용했다.

이어 SUD 단백질은 Paip-1 등 다른 세포 단백질과 함께 세포질의'단백질 합성 기계'인 리보솜과 결합했다.

보통 이런 리보솜 결합이 일어나면 바이러스뿐 아니라 숙주세포의 단백질 합성도 늘어나기 마련이다.

그러나 신종 코로나나 사스 코로나에 감염된 세포에선 Nsp1이라는 바이러스 단백질이, 숙주세포의 단백질 합성 코드를 가진 '전령RNA(messenger RNA)를 파괴했다.

이렇게 되면 두 사스 코로나에 감염된 숙주세포는 자체 단백질 생성을 줄인 채 압도적으로 많은 바이러스 단백질을 만들어낸다.

당연히 늘어난 바이러스 단백질은 바이러스 입자의 대량 증식에 투입된다.

사스 바이러스의 SUD 단백질이 숙주세포의 Paip-1과 상호작용한다는 건, 코로나 팬데믹(대유행)이 터지기 전에 뮌헨대의 알브레히트 폰 브룬 박사 연구팀이 발견했다.

뤼베크 대의 롤프 힐겐펠트 교수 연구팀은 이 발견을 매우 흥미롭게 봤고, 자연스럽게 공동 연구가 이뤄졌다.

그때 힐겐펠트 교수팀의 레이 지안(Jian Lei) 박사는, SUD 단백질과 Paip-1 인자의 상호작용으로 생기는 복합체의 입체 구조를 X선 결정학 기법으로 밝혀낸 상태였다.

X선 결정학은 X선 회절을 이용해 결정체의 입체 구조를 연구하는 것인데 인간의 DNA 구조를 발견하는 데도 실마리를 제공했다.

논문의 공동 제1 저자인 폰 브룬 박사팀의 위우 마-라우어 박사는 다양한 세포 생물학과 생물 물리학 기법을 동원해 이 복합체의 특성과 기능을 알아냈다.

폰 브룬 박사는 "경험이 풍부한 코로나바이러스 학자로서 조언한다면, 사스 유전체의 특별한 영역(SUD)을 먼저 연구해야 이 바이러스를 이해할 수 있다"라고 말했다.

코로나 중증 or 무증상? 첫 감염 길목의 면역 반응에 달렸다

비강 등 '점막 통로' 항체 생성하는 B세포, 환자 위중도 좌우

영국 공동 연구팀, 저널 '네이처 메디신'에 논문

 코로나19(신종 코로나바이러스 감염증)의 풀리지 않는 의문점 중 하나는 감염자들 사이에 큰 중증도 차이가 있다는 것이다.

어떤 사람은 걸린 줄도 모르는 무증상 감염자인데 어떤 사람은 심한 호흡기 염증이나 혈전, 심부전 등으로 목숨까지 잃는다.

그 원인으로 혈액의 복잡한 면역 반응을 지목한 연구 결과가 몇 건 발표되긴 했다.

하지만 중증 코로나19 환자와 무증상 감염자의 면역 반응이 구체적으로 어떻게 다른지는 지금까지 밝혀지지 않았다.

웰컴 트러스트 생어 연구소(Wellcome Trust Sanger Institute)가 주도한 영국의 공동 연구팀이 마침내 그런 중증도 차이가 왜 생기는지 밝혀냈다.

신종 코로나의 감염 길목에 항체가 생기게 하는 B세포가 결정적 역할을 했다. 이런 B세포가 많으면 무증상에 그치고, 부족하거나 아예 없으면 중환자가 됐다.

연구 결과는 20일(현지 시각) 저널 '네이처 메디신'(Nature Medicine)에 논문으로 실렸다.

웰컴 싱어 연구소는 유전체 서열 생산 및 분석, 생물정보학 데이터베이스 구축 등을 전문으로 하는 세계적인 권위의 생명과학 연구 기관이다.

이번 연구엔 뉴캐슬대, 유니버시티 칼리지 런던, 케임브리지대, 유럽 분자생물학 연구소 산하 유럽 생물정보학 연구소(EMBL-EBI) 등의 과학자들도 참여했다.

또 모든 인간 세포 유형을 밝혀낸다는 목표 아래 2016년 10월 영국에서 출범한 '휴먼 셀 아틀라스'(Human Cell Atlas) 프로젝트의 연구자들도 기여했다.

연구팀은 '무증상'부터 '위중'까지 중증도가 다른 코로나19 환자 130명의 혈액 샘플에서 약 80만 개의 면역세포를 분리한 뒤 단일세포 염기서열과 세포 표면 단백질, 항원 수용체 등을 정밀 분석했다.

이를 통해 코로나19에 대한 면역 반응에서 여러 유형의 면역세포 작용이 어떻게 다른지 드러났다.

무증상 감염자의 경우 코안과 같은 '점액 통로'(mucus passages)에 항체를 생성하는 B세포 수치가 높았다.

증상이 가볍거나 중간 정도인 코로나19 환자는 이런 B세포는 물론이고 '도움 T세포'의 수위도 높았다.

그러나 코로나19 위증 환자는, 코안 점막 등에 항체를 만드는 B세포가 결여돼 있을 뿐 아니라 도움 T세포도 많이 상실한 상태였다.

점성 분비물을 표면으로 배출하는 비강 등의 '점액 통로'는 신종 코로나가 인체 내로 들어오는 첫 길목이다.

신종 코로나의 인체 침입을 초기에 차단하는 항체 면역 반응이 나중에 감염증의 위중도를 결정하는 중요한 변수라는 걸 시사한다.

아울러 중증 코로나19 환자는 직접 감염에 맞서 싸울 T세포 면역 반응도 약하다는 걸 보여준다.

그런데 입원 치료가 필요할 정도로 심각한 중증 환자는 단핵구와 킬러 T세포가 통제할 수 없을 정도로 빠르게 증가했다. 이런 면역세포 수위가 높아지면 폐 염증을 유발한다.

이런 위중 환자는 또 혈전증을 일으킬 수 있는 혈소판 생성 세포도 증가했다.

신종 코로나 감염이 어떻게 이처럼 다른 면역 반응을 일으키는지는 이번 연구에서도 밝혀지지 않았다.

하지만 코로나19에 걸리면 폐 염증과 혈전증 위험이 커지는 이유를 분자 차원에서 설명할 수 있게 됐다고 연구팀은 평가한다.

신종 코로나 감염자의 심한 염증과 중증 진행을 막는 치료제 개발의 표적도 확보했다.

예를 들면 혈소판 생성을 미리 억제하거나 생성된 킬러 T세포 수를 줄이는 치료제 개발이 가능할 거로 과학자들을 기대한다.

논문의 공동 수석저자 중 한 명인 케임브리지대의 멘나 클랫워시(Menna Clatworthy) 중개 면역학 교수는 "코로나19 면역 반응에 대해 가장 세밀한 부분까지 들여다본 연구 가운데 하나"라면서 "누구는 무증상으로 지나가고 누구는 중증으로 진행하는 이유를 이해하기 시작했다"라고 말했다.

관련 연구를 더 진행하면, 혈액의 면역 세포 수치만 보고 '중간'부터 '위중'까지 신종 코로나 감염자의 위중도를 예측하는 것도 가능하다고 과학자들은 말한다.