KAIST 연구팀, 코로나바이러스 전염 메커니즘 규명

코로나바이러스 백신, 치료제 개발의 새로운 가능성 제시

한국과학기술원(KAIST·카이스트) 연구진이 코로나바이러스 핵심 효소 단백질(헬리케이스)의 복제과정이 급격히 촉진돼 전염되는 메커니즘을 밝혀냈다.

중증급성호흡기증후군(SARS)이나 코로나 19(COVID-19)는 전 세계적 팬데믹으로 짧은 시간에 확산했지만, 급격히 복제돼 빠르게 전염된 메커니즘은 아직 규명되지 않았다. 이번 연구로 바이러스 백신 및 치료제 개발에 새로운 가능성이 제시됐다.

유정민 KAIST 생명과학과 박사(왼쪽), 이광록 교수. KAIST 제공

이광록 KAIST 생명과학과 교수 연구팀이 코로나바이러스 증식에 중요한 효소인 'nsp13 단백질'은 두 가지 활성을 가지고 있어 시너지 효과를 내며, 이를 통해 SARS 코로나바이러스의 유전물질인 RNA 복제를 촉진한다는 기전을 규명했다고 17일 밝혔다.

nsp13 단백질의 두 가지 활성에 해당하는 첫 번째 헬리케이스 활성은 DNA 또는 RNA와 같은 이중 가닥 핵산을 단일 가닥으로 풀어주는 효소 기능이며, 복제나 전사 과정을 촉진시킨다. 두 번째 RNA 샤페론 활성은 핵산 구조의 올바른 접힘(folding)과 풀림 기능을 돕는 단백질로, 잘못된 RNA를 교정하거나 안정성을 향상시켜 세포 내 RNA 대사 과정을 돕는 역할을 한다.

코로나바이러스가 빠르게 전파하기 위해서는 바이러스의 유전물질을 빠르게 복제하고 구성분인 단백질을 생산해서 이들을 조합하는 것이 필수적이다.

연구팀은 첫 번째 단계인 유전물질의 RNA 복제가 다른 바이러스에 비해 왜 빠르게 일어나는지 알려지지 않았으나, nsp13 단백질이 기존의 헬리케이스 활성과 이제까지 알려지지 않은 새로운 샤페론 활성으로 유전자 복제 과정을 빠르게 촉진한다는 것을 규명했다.

'nsp 13' 단백질의 기질에서 두 가지 방식을 통한 협동적 풀림 활성 모식도. 이광록 교수 연구팀 제공

nsp13 단백질은 유전적으로 잘 보존돼 다양한 변이 코로나바이러스에 대응하는 백신이나 감염 치료의 중요 표적이지만, 정확한 작용 메커니즘에 대해서는 완전한 이해가 부족했다.

연구팀은 nsp13 헬리케이스가 효소가 일할 때 에너지를 공급하는 ATP(아데노신삼인산)를 분해해 나온 화학에너지를 이용, 유전물질인 RNA의 꼬인 구조를 단일 가닥으로 풀어주고 부산물로 ADP(아데노신 이인산)가 생성하게 된다. 이때 생성된 ADP가 nsp13와 재결합하게 되면 샤페론 기능을 활성화시켜 RNA 이차구조를 추가로 불안정화한다는 사실을 알아냈다.

결론적으로 헬리케이스 활성과 샤페론 활성이 시공간적으로 동시에 협력해 RNA 복제를 촉진하게 된다는 새로운 방식의 작용기전을 규명했다.

이광록 교수는 "이번 연구는 대표적 핵산-효소 단백질인 헬리케이스가 ADP를 통해 샤페론적 활성을 나타내는 새로운 발견"이라면서 "이를 통해 헬리케이스의 기능 다양성에 대한 이해의 폭을 넓혀주고, SARS 코로나바이러스의 다양한 변이에 대응할 효과적 치료제 및 백신 개발의 실마리를 제공할 것으로 기대한다"고 설명했다.

이 연구는 유정민 박사가 제1 저자로 세계적 국제학술지 '핵산 연구 (Nucleic Acids Research) (IF: 16.7, 생화학 및 분자생물학 분야 상위 1.8%)' 온라인판에 지난달 29일 게재됐다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr