IBS, 바이러스 RNA 조절 요소 'Pt1' 규명

기초과학연구원(IBS)이 바이러스의 RNA 보호 전략에서 mRNA 수명을 3배 늘리는 조절 요소를 규명했다.

과학기술정보통신부는 14일 IBS RNA 연구단 김빛내리 단장(서울대 석좌교수) 연구팀이 337종의 척추동물 감염 바이러스를 분석해 RNA 안정성과 단백질 생성을 높이는 조절 요소를 발굴했다고 밝혔다. 연구 결과는 세계 최고 권위 학술지 셀(Cell)에 이날 0시(한국시간) 게재됐다.

바이러스는 아주 작은 유전체로 유전정보를 효율적으로 작동시키기 위해 숙주 세포의 RNA 조절 시스템을 정교하게 활용하도록 진화해 왔다. 특히 단백질 생산에 필요한 mRNA 말단의 '폴리(A) 꼬리'(아데닌이 반복된 구조)가 짧아지면 mRNA가 쉽게 분해되는데, 바이러스는 숙주의 RNA 조절 효소를 이용해 꼬리를 보호하는 전략을 발달시켜 왔다.

연구팀은 앞서 2023년 셀(Cell)과 2025년 네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)에 발표한 연구에서 바이러스의 RNA 안정화 요소를 찾아 치료용 mRNA에 적용했다. 이들 요소는 RNA 말단에 혼합 꼬리를 형성해 분해를 억제하는 TENT4 효소와 결합해 mRNA 꼬리를 강화하는 방식으로 작동한다. 다만 이전 연구는 일부 바이러스와 개별 요소 중심이어서 다양한 바이러스의 전략을 체계적으로 보기 어려웠다.

이번 심화 연구에서는 척추동물 감염 바이러스 297개 속(genera), 337종의 유전체를 약 20만 개의 RNA 조각(타일)으로 나눠 합성했다. 이후 대량 병렬 분석법으로 바이러스 RNA 조절 요소의 다양성과 작동 기전, 진화적 특징을 체계적으로 분석했다.

분석 결과 기존에 알려진 TENT4 활용 전략이 예상보다 훨씬 다양한 바이러스에 존재했고, TENT4를 이용해 RNA 안정성과 단백질 생성을 높이는 조절 요소 23개가 19개 바이러스 속에 걸쳐 확인됐다. 서열과 구조적 특징에 따라 최소 6가지 유형으로 나뉘었다. 이는 계통적으로 먼 바이러스들이 동일한 숙주 RNA 조절 시스템을 활용하는 유사한 전략을 각각 독립적으로 진화시켜 왔음을 보여준다.

이번 분석에서는 TENT4를 이용하지 않는 새로운 조절 요소도 다수 발견됐다. 연구팀은 이 가운데 뱀장어 피코르나바이러스(Potamipivirus)의 유전체 말단에서 발견한 'Pt1'에 주목했다. Pt1은 기존 TENT4 기반 방식과 달리 폴리(A) 꼬리를 합성하는 효소인 PAP(Poly(A) Polymerase)를 직접 끌어들여 짧아지는 꼬리를 다시 연장했다.

연구팀은 숙주의 RNA 꼬리 조절 효소를 활용해 RNA 안정성과 단백질 생성을 높이는 바이러스 RNA 조절 요소들을 '테일론(tailon)'으로 명명했다. Pt1의 효과를 검증하기 위해 일반적인 선형 mRNA에 적용했다.

그 결과 Pt1을 붙인 선형 mRNA는 꼬리의 아데닌이 60개에서 194개로 늘었고, 세포 내 반감기도 7.6시간에서 23.1시간으로 약 3배 증가했다. 이는 가장 안정적이라고 알려진 원형 RNA 수준의 안정성이다.

이번에 발굴한 Pt1은 선형 mRNA의 형태를 그대로 유지하면서도 원형 RNA에 버금가는 안정성을 확보했다. 선형 mRNA는 상대적으로 제조가 용이해, Pt1을 활용하면 mRNA 백신과 치료제의 성능을 높이는 데 활용될 수 있다.

김빛내리 IBS RNA 연구단장은 "이번 연구는 바이러스가 숙주 세포의 RNA 조절 시스템을 이용하는 정교한 전략을 대규모로 밝혀낸 성과"라며 "발굴한 조절 요소들은 기존 mRNA 치료 기술의 한계를 극복하고 약효 지속성을 대폭 높일 수 있는 강력한 분자 도구가 될 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 과기정통부의 IBS 기초과학연구단 지원 사업과 교육부의 BK21 사업 등을 통해 수행됐다. 김성수 과기정통부 연구개발실장은 "첨단 바이오 연구 주도를 위해서는 결국 생명에 대한 근본적인 이해가 가장 중요하다"며 "국가 과학 경쟁력 강화와 인류 공영에 기여할 수 있도록 미지의 원리를 규명하는 기초과학 연구를 꾸준히 지원해 나가겠다"고 밝혔다.