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2017년 4월 18일 화요일

고대 바이러스가 유전자가 우리 몸안에 있다?



(A retrovirus has a membrane containing glycoproteins, which are able to bind to a receptor protein on a host cell. There are two strands of RNA within the cell that have three enzymes: protease, reverse transcriptase, and integrase (1). The first step of replication is the binding of the glycoprotein to the receptor protein (2). Once these have been bound, the cell membrane degrades, becoming part of the host cell, and the RNA strands and enzymes enter the cell (3). Within the cell, reverse transcriptase creates a complementary strand of DNA from the retrovirus RNA and the RNA is degraded; this strand of DNA is known as cDNA (4). The cDNA is then replicated, and the two strands form a weak bond and enter the nucleus (5). Once in the nucleus, the DNA is integrated into the host cell's DNA with the help of integrase (6). This cell can either stay dormant, or RNA may be synthesized from the DNA and used to create the proteins for a new retrovirus (7). Ribosome units are used to transcribe the mRNA of the virus into the amino acid sequences which can be made into proteins in the rough endoplasmic reticulum. This step will also make viral enzymes and capsid proteins (8). Viral RNA will be made in the nucleus. These pieces are then gathered together and are pinched off of the cell membrane as a new retrovirus (9). Credit: Wikipedia/CC BY-SA 3.0)



 바이러스라고 하면 우리에게는 질병을 가져다주는 나쁜 존재로 인식됩니다. 하지만 바이러스가 수평적 유전자 전달을 통해서 진화를 촉진하거나 영향력을 행사할수도 있고 인간에게 유용한 변화를 가져올수도 있습니다. 과학자들은 1100만년전 인류의 조상이 나타기도 전에 우리의 유전자에 흔적을 남기고 사라진 레트로 바이러스를 찾아냈습니다. 


 레트로바이러스(retrovirus)는 RNA 바이러스의 일종으로 RNA 상태로 숙주세포에 침입한 후 DNA 상태로 숙주의 DNA에 삽입되어 증식합니다. 이런 원리 때문에 한 번 감염이 되면 쉽게 치료되지 않는 경우가 많습니다. 대표적인 사례는 에이즈를 일으키는 인간 면역 결핍 바이러스 (HIV)입니다. 그외에도 다양한 바이러스 감염 질환이 레트로바이러스에 의해 발생합니다. 


 그런데 숙주의 핵으로 침입해서 DNA에 삽입되는 특징 때문에 다른 바이러스와는 달리 레트로 바이러스는 유전자에 그 흔적을 남길 수 있습니다. 글래스고우 대학의 로버트 기포드(Robert Gifford from the University of Glasgow)가 이끄는 국제 연구팀은 인간 DNA에 남아있는 human endogenous retrovirus T (HERV-T)를 분석했습니다.


 레트로바이러스에서 기원한 이 유전자는 2500만년 전쯤에 인류와 그 근연종의 공통 조상에 감염된 후 1100만년 전에는 사라진 것으로 보입니다. 연구팀의 그 과정을 추적했습니다. 


 연구에 따르면 HERV-T 바이러스는 MCT-1이라는 세포 표면 단백질과 결합해서 감염을 일으킨다고 합니다. 그런데 지금으로부터 1300-1900만년 사이에 인류의 조상이 되는 고대 영장류에서 이 단백질의 소실이 일어나면서 HERV-T 바이러스는 감염력을 상실하게 되었습니다.


 흥미로운 사실은 MCT-1을 수용체로 삼아 HERV-T가 생식세포에 침투했으며 이후 영구적으로 유전되었다는 점입니다. 그리고 이렇게 들어온 HERV-T의 유전자는 MCT-1의 발현을 막는 기능을 했다고 합니다. 


 이것이 흥미로운 이유는 바이러스는 사라졌어도 유전자는 목적을 달성했기 때문입니다. 리처드 도킨스는 이기적인 단위는 유전자라고 설파한 바 있는데, 이렇게 보면 바이러스의 목적은 사실 바이러스 유전자를 전파하기 위한 것입니다. 비록 바이러스는 사라졌어도 그 유전자가 우리 안에 살아서 계속 증식한다면 다른 방법으로 목적을 달성한 셈이죠. 


 이는 유전자가 들려주는 가장 흥미로운 이야기 중 하나일 것입니다. 


 참고 


 Daniel Blanco-Melo et al, Co-option of an endogenous retrovirus envelope for host defense in hominid ancestors, eLife (2017). DOI: 10.7554/eLife.22519



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