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2012년 6월 28일 목요일

AIDS 에 대해서 알아보자 (2)






 2. HIV 의 구조와 증식 


 HIV 는 다른 바이러스와 마찬가지로 기본적인 구조는 유전자와 일부 효소를 둘러싼 막이 존재하고 이 막에는 바이러스가 숙주세포에 달라붙어 내부로 침투하는 데 필요한 구조물들이 달려 있는 구조입니다. 크기는 대략 120 nm 지름의 울퉁불퉁한 공을 생각하면 됩니다. 이는 바이러스 치곤 약간 큰축에 속하지만 실제로는 여전히 적혈구 지름의 1/60 정도 수준입니다. 



 (HIV 의 다이어그램    

US National Institute of Health (redrawn by en:User:Carl Henderson)
  
public domain)  


 바이러스의 중심부에는 바이러스 존재의 궁극적 목표라고 할 수 있는 두 카피의 single - stranded RNA 가 존재합니다. 이 RNA 를 증식하고 전파하는 것이 HIV 바이러스가 하는 일이라고 할 수 있겠죠. RNA 는 9749 개의 뉴클레오타이드 (Nucleotide) 로 구성되어 있습니다. 이 RNA 에는 모든 레트로바이러스에 공통적으로 존재하는 주요 단백질이 코딩되어 있지만 그외에도 HIV 에서만 존재하는 일부 단백질도 코딩되어 있습니다. 



(HIV 게놈의 기본 다이어그램  Original uploader was Grcampbell at en.wikipedia GFDL-WITH-DISCLAIMERS; Released under the GNU Free Documentation License.   )


 바이러스는 대개 복제와 감염에 필요한 유전자들만 있기 때문에 유전자가 비교적 단순한 편입니다. HIV 에서 중요한 유전자는 

 gag (group specific antigen) : Gag polyprotein 을 코딩하며 이는 p17 (Matrix protein, MA), p24 (Capsid protein), p2 (spacer peptide 1), p7 (Nucleocapsid protein, NC), p1 (SP2 spacer protein  2), p6 를 완성시키는 데 필요한 단백질임. 

 pol : 바이러스 효소 reverse transcriptase, integrase, HIV protease 를 코딩 

 env (envelope) :  gp 160  을 코딩하며 이는 표면 단백질인 gp 120 및 gp 41 의 전구물질임. 이 단백질들은 바이러스 표면에 있으면서 표적 세포에 부착해 내부로 들어가는 역활을 함. 


 이 RNA 는 p24 라는 capsid protein 으로 이루어진 막속에 존재합니다. (제일 위의 파란색으로 된 capsid) 그리고 역전사 효소 (reverse transcriptase) 라는 효소가 같이 들어있는데 이 효소가 하는 일은 바이러스의 RNA 가 숙주 세포내로 들어가면 숙주 세포의 자원을 이용해서 ss RNA 를 ss DNA (single strand DNA) 로 변경시켜 증식하는 역활을 합니다. 


 보통의 DNA polymerase 는 DNA 를 주형으로 삼아 RNA 를 만들고 RNA 에서 각종 단백질을 만들어내게 되지만 이 효소는 반대로 RNA 를 주형으로 DNA 를 생산하기 때문에 반대라는 의미의 역전사 효소라고 부릅니다. 하지만 대개 역전사 효소는 DNA 를 주형으로 DNA 를 양산하는 역활도 합니다. 간단하게 말해 역전사 효소는 숙주 세포내로 바이러스의 RNA 가 들어가면 이를 DNA 로 바꿔 대량으로 바이러스의 유전자를 복사합니다. 


 이 유전자들은 다시 숙주세포의 자원을 이용해 바이러스의 외피, 유전자, 효소, 기타 단백질을 합성하는 일을 하고 마지막 단계에서 충분한 수의 부품들이 완성되면 이들이 뭉쳐서 새로운 HIV 가 된 후 세포가 파괴되면서 대량으로 증식된 바이러스가 탄생해 새로운 숙주세포를 노리게 됩니다. 


 이제 이 기본적인 바이러스의 구조를 바탕으로 바이러스의 증식에 대해서 설명해 봅니다. 




(HIV 의 증식 사이클 Original uploader was Raul654 at en.wikipedia Later version(s) were uploaded by GrcampbellRenegadevikingDisparity at en.wikipedia   ) 


 바이러스의 표면에 존재하는 gp 120 및 gp 41 이 HIV 가 인간의 면역 세포에 들어가는 데 중요한 역활을 합니다. gp120 은 인간의 다양한 면역 세포에 존재하는 표면 단백질인 CD4 receptor 와 결합하는 역활을 하는데 대표적으로 helper T cell 이 그 타겟입니다. gp 41 은 비 공유 결합 형태로  gp 120 과 붙어있다가 일단 gp120 과 CD4 receptor 가 결합하면 숙주세포와 융합해 바이러스의 내부 물질 (즉 RNA 및 효소) 를 숙주세포 내부로 투입합니다. 


들어간 바이러스 RNA 는 숙주 세포 (대식 세포 (macrophage) 및 CD4+ T cell) 에서 마치 숙주 자체의 유전자인 것처럼 숙주를 속여서 증식하기 위해 역전사 효소에 의해서 DNA 로 변경된 후 integrase 라는 효소의 도움을 받아 숙주 세포에 DNA 속으로 끼어들어 갑니다.


 이후 숙주세포는 바이러스의 DNA 를 주물로 RNA를 대량으로 생산하게 되는데 이 RNA 를 이용해서 아미노산을 연결해 단백질을 만들면 위에 그림에 존재하는 바이러스의 여러 단백질 (예를 들어 역전사 효소나 혹은 gp 120 같은) 이 대량으로 만들어지게 됩니다. 


 이런 단백질과 RNA 가 수천개씩 만들어진 다음 서로 뭉쳐서 다시 새로운 바이러스를 만들게 됩니다. 다 만들어진 바이러스는 숙주세포의 표면에서 밖으로 나가서 또 다시 새로운 숙주세포를 찾아 다닙니다. 사실 이런 사이클 자체는 바이러스 전체에서 기본적으로 볼 수 있으며 RNA 를 DNA 로 바꾸는 과정만 레트로 바이러스 과에서 볼 수 있는 특징이라고 할 수 있습니다. (여기서는 간단히 설명했지만 실제로는 아주 간단한 내용은 아니라고 할 수 있습니다. 오해는 없으시기를 ) 


 HIV 바이러스는 인간의 체내에서 특히 면역 세포를 숙주로 삼아 증식을 하기 때문에 후천성 면역 결핍 증후군을 일으키게 됩니다. 




 참고 


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