생명과학과 이광록 교수 연구팀, nsp13 단백질의 유전자 복제 촉진 원리 밝혀
KAIST(총장 이광형) 연구진이 코로나바이러스의 빠른 전파 원인을 밝혀내며, 백신 및 치료제 개발의 새로운 가능성을 제시했다. 연구팀은 코로나바이러스의 핵심 효소 단백질(nsp13)이 두 가지 활성 기능을 통해 유전물질(RNA) 복제를 촉진하는 메커니즘을 규명했다. 이번 연구 결과는 세계적 학술지 ‘핵산 연구(Nucleic Acids Research, IF: 16.7)’ 온라인판에 게재되었다.
코로나바이러스의 빠른 전염 원인, nsp13 단백질에서 찾다
코로나바이러스는 SARS, MERS, COVID-19 팬데믹을 거치며 인류의 공중보건을 위협해 왔다. 그러나 왜 코로나바이러스가 급격히 증식하고 빠르게 전염되는지에 대한 기전은 명확하게 밝혀지지 않았다. KAIST 생명과학과 이광록 교수 연구팀은 코로나바이러스의 핵심 효소 단백질인 nsp13이 헬리케이스 활성과 RNA 샤페론 활성을 동시에 수행하여 RNA 복제를 가속화하는 원리를 밝혀냈다. 이 연구는 코로나바이러스 변이에도 대응할 수 있는 치료제 및 백신 개발의 주요 타겟을 제시했다는 점에서 큰 의의를 가진다.
nsp13 단백질, RNA 복제를 가속화하는 두 가지 활성 기능
연구팀이 밝혀낸 nsp13 단백질의 핵심 기능은 다음과 같다.
✔ 헬리케이스 활성 – DNA 및 RNA의 이중 가닥을 풀어 단일 가닥으로 변환하여 바이러스의 유전자 복제와 전사를 촉진
✔ RNA 샤페론 활성 – RNA 구조를 안정적으로 접히도록 돕고, 잘못된 RNA 구조를 교정하여 바이러스 복제를 최적화
바이러스가 숙주 세포 내에서 빠르게 증식하려면 유전물질(RNA) 복제 속도를 극대화해야 한다. 연구팀은 nsp13 단백질이 ATP(아데노신 삼인산) 분해 과정에서 생성되는 ADP(아데노신 이인산)와 결합하면서 샤페론 기능이 활성화되어 RNA 복제가 더욱 가속화되는 원리를 밝혀냈다. 이러한 연구 결과는 nsp13 단백질이 바이러스 변이에도 보존되는 중요한 요소임을 의미하며, 백신 및 치료제 개발에서 핵심 표적으로 활용될 수 있다.
세계 최고 수준의 단일분자 분석 기법 활용… 새로운 치료법 가능성 제시
KAIST 연구팀은 이번 연구에서 단일분자 분석 기법을 활용해 nsp13 단백질의 RNA 풀림 활성과 샤페론 기능을 정밀하게 규명했다.
✔ ATP 가수분해 과정에서 헬리케이스 활성 증가 확인
✔ nsp13 단백질이 ADP와 결합할 때 샤페론 기능이 더욱 활성화됨을 입증
✔ RNA 복제가 두 가지 기능을 통해 시너지 효과를 내며 급격히 진행됨을 확인
이러한 연구 결과는 코로나바이러스뿐만 아니라 기타 RNA 바이러스 감염 메커니즘을 이해하고, 새로운 항바이러스 치료제 개발의 기초 자료가 될 수 있다.
nsp13 단백질, 코로나19 변이 대응 치료제 개발의 핵심 타겟
코로나바이러스는 지속적으로 변이를 거듭하며 백신과 치료제의 효과를 떨어뜨려왔다. 하지만 연구팀이 규명한 nsp13 단백질은 변이에도 유전적으로 보존되는 특징을 가지고 있어, 변이에 영향을 받지 않는 치료제 개발의 중요한 목표가 될 수 있다. 이광록 교수는 “이번 연구는 헬리케이스 단백질이 ADP와 결합하여 샤페론 활성까지 수행한다는 점에서 새로운 발견이며, 이를 통해 다양한 변이 코로나바이러스에 대응할 수 있는 치료제 및 백신 개발의 실마리를 제공할 것”이라고 말했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구지원, 선도연구센터 지원사업, 글로벌 기초연구 지원사업 및 합성생물학핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.
