(A Penn State research team found that the N protein on SARS-CoV-2 is conserved across all SARS-related pandemic coronaviruses (top, from left: SARS-CoV-2, civet, SARS-CoV, MERS). The protein differs from other coronaviruses, such as those that cause the common cold (bottom, from left: OC43, HKU1, NL63 and 229E). IMAGE: KELLY LAB/PENN STATE)
SARS-CoV-2 바이러스에 대한 연구는 주로 바이러스의 세포 침투에 결정적인 역할을 하는 돌기 단백질 (Spike protein, S 단백질)에 집중되어 있습니다. S 단백질을 차단하면 바이러스가 세포로 침투할 수 없어 감염이 진행될 수 없기 때문입니다. 현재 나와 있는 코로나 19 백신들은 거의 예외 없이 S 단백질을 목표로 개발되었습니다.
하지만 동시에 많은 연구자들이 치료, 진단, 예방에 돌파구를 찾기 위해 SARS-CoV-2 바이러스의 다른 단백질에 대해서 연구를 진행하고 있습니다. SARS-CoV-2 바이러스는 네 개의 주요 단백질을 지니고 있는데 ACE2 수용체에 결합해서 숙주 세포에 침투하는 S 단백질, 바이러스 막을 형성하는 M 단백질 (membrane protein), 그리고 외피를 형성하는 E 단백질 (envelope protein), RNA와 결합해서 유전자를 보호하는 N 단백질 (Nucleocapsid protein)이 그것입니다.
이 가운데 N 단백질은 사실 감염 초기에 혈액에서 볼 수 있으며 강한 면역 반응을 유도하는 단백질이지만, 바이러스 내부에 유전자와 결합된 상태로 있어 백신의 주요 목표는 아니었습니다. 그러나 바이러스의 증식에 반드시 필요할 뿐 아니라 면역 반응과 밀접한 연관이 있어 연구자들의 관심을 끌었습니다.
펜실베니아 주립 대학의 데브 켈리 교수 (Deb Kelly, professor of biomedical engineering (BME))가 이끄는 연구팀은 새로운 방법을 이용해서 SARS-CoV-2 바이러스만이 아니라 연관된 SARS-CoV-1나 메르스 (MERS) 바이러스의 N 단백질을 조사했습니다.
연구팀은 각 바이러스에서 N 단백질을 분리/정제한 후 Protochips Inc.와 공동으로 개발한 마이크로칩에 넣어 냉동 전자 현미경으로 분석했습니다. 이 마이크로칩은 질화규소 (silicon nitride)에 관찰하려는 물질을 잡아 더 상세한 관찰이 가능합니다. 덕분에 연구팀은 여러 N 단백질의 3차원 구조를 상세히 분석할 수 있었습니다.
연구 결과 S 단백질과 달리 N 단백질이 항체와 결합하는 분위는 잘 바뀌지 않는 것으로 나타났습니다. S 단백질은 계속 구조를 조금씩 바꿔도 바이러스가 생존할 수 있으나 유전자를 보호하는 N 단백질의 경우 크게 바뀔 수 없었던 것입니다. 따라서 만약 N 단백질을 목표로 치료제를 개발한다면 변이에도 효과가 좋은 치료제 개발이 가능할 수 있습니다.
SARS-CoV-2 바이러스 자체가 복잡한 구조를 지닌 바이러스는 아닌 만큼 각 부분을 열심히 연구하다보면 새로운 치료제와 백신 개발에 도움이 되는 결정적인 정보가 얻어질 것으로 기대합니다.
참고
Michael Casasanta et al. Microchip-based structure determination of low-molecular weight proteins using Cryo-Electron Microscopy, Nanoscale (2021). DOI: 10.1039/D1NR00388G
https://phys.org/news/2021-04-antibody-binding-site-covid-virus-variants.html
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