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코로나19 바이러스 침투 돕는 새 단백질 찾았다...치료제 표적 기대

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코로나19 바이러스 침투 돕는 새 단백질 찾았다...치료제 표적 기대

2020.10.23 18:34
인체세포 표면 '뉴로필린-1' 발견...후각상실 원인과도 관련 있을 듯
신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19, 코로나19) 환자의 검체에서 채취한 환자의 세포(파란색)를 관찰한 전자현미경 영상이다. 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2, 빨간색)가 세포 표면을 가득 덮고 있다. NIAID 제공
신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19, 코로나19) 환자의 검체에서 채취한 환자의 세포(파란색)를 관찰한 전자현미경 영상이다. 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2, 빨간색)가 세포 표면을 가득 덮고 있다. NIAID 제공

신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19, 코로나19)을 일으키는 바이러스의 침투 과정에 관여하는 새로운 인체 세포 단백질이 발견됐다. 새로운 치료제 표적을 개발하는 데 활용할 수 있을 것으로 기대를 모은다.


야마구치 요헤이 영국 브리스톨대 생명과학과 교수팀과 미카엘 사이먼스 독일 뮌헨공대 신경생물학연구소 교수팀은 코로나19 바이러스인 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)가 인체세포를 침투할 때 인체세포 표면의 단백질인 ‘뉴로필린-1(NRP1)’과 결합하는 과정을 거치며, 이 과정을 방해할 경우 감염을 크게 줄일 수 있다는 사실을 각기 독립적인 연구로 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스’ 21일자에 두 편의 논문으로 발표됐다.


●ACE2 외에 코로나19 바이러스 침투 돕는 단백질 ‘뉴로필린-1’


사스코로나바이러스-2가 인체세포에 침투할 때에는 ‘스파이크 단백질’이라는 바이러스 표면의 돌기 단백질이 인체 세포 표면의 ‘안지오텐신전환효소2(ACE2)’라는 단백질을 인식해 달라붙으면서 침투를 시작한다. 마치 손(스파이크 단백질)로 문고리(ACE2)를 잡아 문을 여는 것과 비슷하다.


이후 스파이크 단백질은 인체세포 표면의 또다른 단백질인 퓨린가수분해효소(TMPRSS2)에 의해 두 조각으로 갈라지고, 이렇게 갈라진 단백질이 이후 세포 표면과 작용하면서 바이러스 유전물질(RNA)을 세포 안에 들여보내 증식을 시작한다.


이 과정이 감염의 첫 과정인데다 다른 바이러스와 차별화된 절차기 때문에, 많은 백신과 치료제, 특히 항체치료제가 스파이크 단백질, 그 중에서도 ACE2와 결합하는 부위(RBD)를 표적으로 개발되고 있다. 


두 연구팀은 바이러스의 스파이크 단백질이 퓨린가수분해효소에 의해 둘로 나뉜 이후 과정에 주목했다. 야마구치 교수팀은 가수분해효소가 자른 스파이크 단백질 중 한 조각의 끝 부분에 특정 아미노산 서열이 존재하며, 이 부분이 호흡기 및 후각 상피세포 표면에 존재하는 단백질인 뉴로필린-1과 뉴로필린-2(NRP2) 수용체와 결합한다는 사실을 X선 결정학 기술을 이용해 확인했다. 또 유전자에서 단백질이 형성되는 과정(발현)을 조절할 수 있는 기술인 ‘리보핵산 간섭(RNAi)’나 이들 수용체와 결합할 수 있는 저해제를 사용하면 코로나19 바이러스의 세포 내 감염을 막을 수 있다는 사실도 세포실험을 통해 확인했다.

 

인체 세포에서 뉴로필린-1 단백질을 차단 이전(왼쪽)과 이후(오른쪽) 비교 사진. 뉴로필린-1을 차단하면 인체 세포 안에서 코로나 바이러스의 단백질(녹색)이 많이 줄어들었다. 영국 브리스톨대 제공
인체 세포에서 뉴로필린-1 단백질을 차단 이전(왼쪽)과 이후(오른쪽) 비교 사진. 뉴로필린-1을 차단하면 인체 세포 안에서 코로나 바이러스의 단백질(녹색)이 많이 줄어들었다. 영국 브리스톨대 제공

●코로나19의 독특한 증상 ‘후각상실’과도 관련 있어


사이먼스 교수팀 역시 NRP1이 퓨린가수부내효소에 의해 잘린 부위와 결합하며, NRP1의 활동을 저해할 수 있는 단일클론항체를 이용하면 코로나19 바이러스의 감염을 크게 낮출 수 있다는 사실을 확인했다. 또 코로나19 바이러스에서 퓨린가수분해효소에 의해 잘리는 부위의 아미노산을 바꾸자 감염 효율이 떨어진다는 사실도 밝혔다. 


특히 사이먼스 교수팀은 코로나19로 사망한 사망자 6명을 부검한 결과 5명의 후각상피세포와 신경세포에서 코로나19 감염이 확인됐고, 이들은 모두 NRP1이 매우 높은 농도로 만들어져 있음을 확인했다. 후각 및 맛 상실은 코로나19 감염의 주요한 증상이지만, 지금까지는 왜 코로나19 바이러스가 호흡기 및 폐 상피세포 외에 유독 후각 상피세포에 감염되는지 밝혀지지 않았다. 하지만 이번 연구로 NRP1이 그 원인일 가능성이 제기됐다.


사이먼스 교수는 “지금까지 코로나19 바이러스의 침투 경로와 관련해서는 ACE2만이 주로 연구돼 왔지만, ACE2는 대부분의 세포에서 매우 적게 만들어지는데다 코로나19 바이러스가 잘 감염되는 조직과 ACE2 발현 패턴이 다른 경우도 많았다”라며 “이번 연구로 인체 세포 중 ACE2 발현이 낮은 인체 세포에 바이러스가 침투하기 위해 NRP1을 활용할 가능성을 확인했다”라고 말했다. 


야마구치 교수는 ”향후 코로나19 치료제 후보물질을 개발할 때 NRP1과 스파이크 단백질이 결합하는 과정을 주요 표적으로 활용할 수 있을 것”이라고 기대했다.
 

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