기초과학硏 김빛내리 단장 연구진
인공 mRNA 작동 메커니즘 규명
최고 학술지 '사이언스'에 게재

IBS 제공

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기초과학연구원(IBS) RNA 연구단 김빛내리 단장(서울대 생명과학부 석좌교수·사진) 연구진이 코로나19 백신으로 널리 알려진 mRNA 백신을 더욱 효과적이고 안정적으로 개발할 수 있는 실마리를 찾아냈다.

연구진은 몸 밖에서 만들어진 mRNA가 몸 안으로 들어왔을때 세포 속으로 잘 들어가게 만드는 물질 '황산 헤파란'과 세포 속으로 들어온 mRNA가 잘 발현되도록 돕는 물질 'V-ATPase'가 있다는 것을 알아냈다. 또한 mRNA를 찾아내 절단하고 분해하는 즉, 방해하는 물질인 '트림(TRIM))25'까지 찾아냈다고 4일 밝혔다.

김빛내리 단장은 "코로나 팬데믹 때 백신을 맞으면서 mRNA 백신이 내 몸속에 들어오면 무슨 일이 일어나는지 궁금했다"며 연구를 시작하게 된 계기에 대해 설명했다. 연구진이 가졌던 이 간단한 궁금증의 해답은 세계 최고 권위 학술지 '사이언스(Science)'에서 그 성과를 인정해 4일 온라인 게재됐다.

김 단장은 "이번 연구 결과가 mRNA로 만든 치료제나 백신의 성능을 높이고, 부작용을 줄일 수 있을 것"이라고 말했다.

IBS에 따르면 1960년대부터 mRNA가 연구됐으며, 코로나 팬데믹 기간에 mRNA 백신이 개발됐다. 이때 개발된 mRNA 백신은 몸속에서 만들어진 mRNA의 원리와 효과를 가지고 만든 것이다. 하지만 아직까지 외부에서 만들어진 mRNA의 작동 메커니즘은 불분명해 연구진이 이를 밝혀낸 것이다.

연구진은 우선 약 2만개 세포에 특정 유전자를 제거한 뒤 mRNA를 넣어봤다. mRNA가 매우 불안정해 그 차체만으로는 오래 버티지 못하고 빨리 분해되거나 없어진다. 연구진은 이 때문에 mRNA를 지질 나노입자로 감싸 세포에 넣었다.

이를 살펴본 결과, 세포막 표면에 있는 '황산 헤파란'이라는 분자가 mRNA를 감싼 지질 나노입자와 결합해 세포 속으로 들어가도록 도왔다. 이를 통해 지질나노입자가 세포 속으로 잘 들어갔다.

다음으로 'V-ATPase'라는 단백질이 세포 속 기관인 소포체를 산성화해 mRNA를 감싸고 있던 지질 나노입자를 녹여 없앴다. 캡슐 같은 지질 나노입자가 mRNA를 세포 안에서 퍼지게 돕는 것이다. 이와 동시에 'V-ATPase'가 지질 나노입자와 만나면서 양성자 이온을 내뿜게 된다. 이 양성자 이온은 주변에 있던 'TRIM25' 단백질이 작동하게 만든다. 'TRIM25'는 외부에서 들어온 mRNA를 침입자로 인식하고 공격을 시작하게 된다. 즉 'TRIM25'가 양성자 이온을 만나 세포 안에서 면역 작용을 하게 되는 것이다.

김 단장은 "mRNA 백신은 mRNA의 특정 부분을 변형시켜 만든 것인데, 이 변형염기 때문에 mRNA가 'TRIM25'의 공격을 회피한다는 것까지 밝혀냈다"고 말했다. 이제까지 백신이 개발됐음에도 백신 효능이 있다는 것만 알았지 이러한 원리 때문이라는 것은 알지 못했다.

연구진은 앞으로 TRIM25를 피해 안정적으로 작동할 수 있는 RNA 치료제를 개발하는 데 필요한 연구를 계획하고 있다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자

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