IBS 연구진, mRNA 백신 작동원리 규명

코로나19 팬데믹 당시 '구원투수' 역할을 톡톡히 한 리보핵산(mRNA) 백신의 작동원리가 국내 연구팀에 의해 밝혀졌다.

기초과학연구원(IBS) RNA 연구단 김빛내리 단장(서울대 생명과학부 석좌교수) 연구팀은 mRNA 백신의 세포 내 전달과 분해를 제어하는 단백질 군을 찾아내고 그 작동원리를 최초로 규명했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 4일 세계 최고 권위 학술지 사이언스(Science)에 게재됐다.

mRNA 기반 기술은 코로나19 백신으로 잘 알려졌는데, 감염병 대응뿐 아니라 암 백신, 면역 및 유전자 치료 등 다양한 활용이 가능해 주목받고 있다. 특히, mRNA 합성 기법과 체내 전달 물질인 지질나노입자 개발을 통해 혁신적인 치료 플랫폼으로 성장했다.

그러나 치료용 RNA가 체내에서 어떻게 작동·조절되는지는 충분히 알려지지 않았다. 또한 코로나19 백신의 주역인 N1-메틸수도유리딘 변형 염기는 원리가 무엇인지 분명치 않았다.

　◇RNA 백신의 세포 조절 경로를 탐구하기 위한 크리스퍼 녹아웃 스크리닝 전략. 자료=IBS

이와 관련 IBS 연구팀은 mRNA를 제어하는 세포 내 인자들을 찾아내고자 유전자가위를 이용한 '녹아웃 스크리닝'을 면밀하게 진행했다. 크리스퍼(CRISPR) 녹아웃 스크리닝은 유전자가위를 이용해 유전자를 개별적으로 녹아웃(제거)한 후 특정 형질이나 세포 반응에 영향을 미치는 유전자를 분석하는 기술이다. 이번 연구에서는 약 2만 개의 유전자를 포함한 크리스퍼 라이브러리를 활용해 mRNA 백신을 조절하는 세포 인자를 유전체 수준에서 스크리닝했다.

　◇mRNA 백신의 주요 세포 조절 경로와 N1-메틸수도유리딘 변형 염기 효과의 분자 기전. 자료=IBS

이를 통해 연구팀은 mRNA가 세포 내로 전달·유입되는 데 필요한 핵심 단백질 인자들과 조절 경로를 밝혀냈다. 또한 RNA 치료제에 대한 주요 억제 인자와 함께 외부 RNA의 침입을 경보하는 양성자 이온의 중요한 역할도 최초로 발견했다. 아울러, mRNA를 결합·제거하는 TRIM25 단백질이 N1-메틸수도유리딘 변형 염기에는 그 결합력이 현저히 감소해 mRNA를 절단·분해하지 못한다는 사실도 발견했다. 코로나19 mRNA 백신의 효능과 안정성을 향상시킬 수 있었던 요인과 원리를 이해하게 된 것이다.

노도영 IBS 원장은 "이번 연구는 mRNA 백신의 세포 내 작동 원리를 최초로 밝혀냄으로써 mRNA 치료제의 효능과 안정성을 한 단계 높여갈 이론적 토대가 마련됐다는데 큰 의미가 있다"고 밝혔다.

김빛내리 단장은 "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 전했다.
김소형기자 [e-mail]