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HIV 백신 개발에 또 한걸음…핵심 단백질 구조 규명[미리안 브리핑]

듀크대학 연구팀은 HIV의 아킬레스 건이 무엇인지를 찾는 연구를 진행해 왔다. 듀크대학의 생화학, 면역학, 컴퓨터 전문가들이 협력한 이번 연구에서는 gp41 MPER(membrane proximal external region)이라는 HIV의 막단백질 구조의 핵심 부위의 구조를 규명했다고 한다.

연구팀은 미국국립과학원회보(PNAS) 온라인판에 발표된 이번 연구가 HIV 백신의 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다. 연구를 주도한 Bruce Donald 교수는 “HIV 백신 개발이 어려운 이유 중 하나는 이들 바이러스가 면역계를 교묘하게 회피하는데 능하다는 점”이라고 설명했다.

WHO의 2011년도 집계에 따르면, 전세계의 3400만 명이 HIV/AIDS에 감염되어 있으며, 이 중에서 어린이의 숫자는 300만 명이라고 한다. 현재 AIDS 환자들에게 칵테일 요법으로 알려진 고활성 항레트로바이러스 치료법(Highly Active Antiretroviral Therapy: HAART)이라는 여러 항바이러스 약물들이 병용되어 이용되고 있다.

HAART 덕분에 HIV에 감염된 환자들의 바이러스의 수치를 낮춤으로써 AIDS를 만성적이고 안정적인 질병으로 바꾸었다. 그러나 아쉽게도 이들 약물은 HIV를 완전히 사라지지는 못하게 하며, 일부 환자들에게서는 저항성과 약물 부작용 등의 문제가 보고되고 있다.

1984년 과학자들이 HIV를 발견하였을 때 많은 전문가들은 HIV 백신이 곧 개발될 것으로 믿었다. 그러나 30년의 세월이 지나도록 효과적인 HIV 백신은 개발되지 못했다. 대부분의 성공적 백신은 병원체를 중화(neutralize)시키는 항체를 생성시킨다. 그러나 HIV에 대한 중화항체를 만들어 내는 것은 쉬운 일은 아니다. HIV는 워낙 다양성이 풍부하기 때문에, 인체는 HIV에 대항하여 많은 항체를 만들지만 실제로 HIV를 중화하지 못하는 경우가 대부분이다.

지금까지 두 개의 유망 HIV 백신이 테스트되었으며 사람을 대상으로 임상시험을 거쳤지만 2003년과 2007년에 임상 시험에서 효과 부족 및 부작용 발생을 이유도 모두 개발이 중단되었다. 그러나 지금도 새로운 HIV 백신을 만들기 위한 노력은 지속되고 있으며 HIV가 면역계를 회피하는 것을 막기 위한 방법을 찾는데 매진하고 있다.

HIV가 면역계를 회피하는 전략 중 하나는 숙주 세포에 융합할 때 핵심적인 단백질의 구조 변이이다. HIV의 막 단백질 복합체는 바이러스 막에서 외부로 돌출된 구조물로서 숙주세포의 감염 시에 역할을 한다. 때문에 과학자들은 이 복합체를 백신 개발의 표적으로 관심을 모아왔다.

특히 gp41이라 부르는 단백질 3개과 여기에 결합한 gp120이라는 파트너 단백질이 주요 표적으로 기대를 모아왔다. 그러나 이들 단백질들의 변이가 심해서 HIV 변종 하나의 복합체를 포함하는 백신은 다른 HIV 변종에 대해 별 효과를 거두지 못한다.

여기서 연구팀은 MPER이라는 gp41의 특정 영역을 HIV의 아킬레스 건으로 생각하고 연구를 진행하게 되었다고 한다. 연구팀의 Leonard Spicer 교수는 “MPER 영역에 관심을 갖게 된 첫 번째 이유는 이 영역이 유전적으로 잘 보존되었기 때문이다. 두 번째로 이 영역은 중화항체가 결합하는데 중요한 2종의 특별한 아미노산 배열을 보유하고 있다”고 설명했다. HIV처럼 유전적 변이가 큰 바이러스의 경우에는 여러 변종들 사이에서도 공통적인 유전적으로 잘 보존된 영역을 백신에 적용해야 한다고 한다.

바이러스가 숙주 세포에 융합될 때에 HIV의 막 단백질들은 적어도 3단계를 통하여 이동한다고 한다. 이 3단계에서 융합 전과 융합 후의 단계는 매우 고정적이며 많은 연구가 진행되었다고 한다. 그러나 중간 단계인 HIV 막 단백질들이 숙주세포에 접촉하는 단계는 매우 역동적이고 비고정적이라고 한다. 이들의 상호작용의 비고정성이 X 선 결정구조나 핵 자기공명 영상과 같은 기존 구조 결정 기술로는 시각화하기 어렵게 만든다고 한다.

때문에 연구팀은 단백질 공학, 고감도 NMR, 제한된 데이터를 대상으로 작동하기 위한 특이적으로 설계된 소프트웨어를 이용하여 문제에 다가섰다고 한다. 이러한 일련의 과정을 통하여 연구팀은 원래의 상태에 근접한 MPER의 3개 부분의 구조를 획득하였다. 그러나 연구팀은 광범위 중화항체를 결합시키기 위해서는 구조적으로 보다 정확한 단백질이 필요하다고 한다.

논문의 제 1 저자인 Patrick N. Reardon 박사는 “이번 프로젝트의 중요한 점 중 하나는 이 구조물이 원하는 항체와 상호작용하는 것을 보장해주는 것”이라고 밝혔다. 특히 이번 프로젝트의 소프트웨어는 불충분한 데이터를 이용하여 분명한 구조를 컴퓨터로 생성시켜 준다고 한다. 이 소프트웨어는 최신 기하학적 알고리즘을 이용하여 NMR 데이터로부터 구성하기 어려운 대형, 대칭형태의 막 결합 단백질의 구조를 결정할 수 있다고 한다.

연구팀은 자신들의 기술이 10년 이내에 더욱 완벽해질 것으로 기대하고 있다. Donald 교수는 이번 논문의 데이터가 단백질 복합체 시스템의 구조를 밝히는 자신들의 연구의 최고점이라고 설명했다. 현재 연구팀은 다음 단계 연구를 시작했다고 하다. 이번 연구에 대하여 빌 & 멜린다 게이츠 재단은 HIV 백신 개발 지원의 일환으로 290만 달러의 자금을 제공했다고 한다.

출처 http://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-01/du-tpm011314.php


[알립니다] 이 기사는  한국과학기술정보연구원(KISTI)이 운영하는 미래기술정보 포털 미리안(http://mirian.kisti.re.kr)에 게재된 글을 전재한 것입니다. 본지는 KISTI와 미리안 홈페이지 내 GTB(Global Trends Briefing 글로벌동향브리핑) 컨텐츠 이용에 관한 계약을 맺었습니다.

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