김빛내리 서울대학교 생명과학부 석좌교수가 이끄는 기초과학연구원(IBS) RNA 연구단이 mRNA 백신의 세포 내 전달 및 분해를 제어하는 단백질 군을 찾아내고 그 작동 원리를 세계 최초로 규명했다. 이 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스(Science)'에 게재되었다.
연구의 중요성
이번 연구는 mRNA 백신 기술을 활용한 감염병 대응뿐 아니라 암 백신, 면역 및 유전자 치료 등 다양한 활용 가능성을 높이는 데 기여할 것으로 평가받고 있다.
특히, 코로나19 백신의 효능을 높이는 데 중요한 역할을 하는 N1-메틸수도유리딘 변형 염기의 효능 원리를 밝혀냈다.
연구 내용 상세
- 핵심 단백질 인자 및 조절 경로 규명: 유전자가위를 이용한 녹아웃 스크리닝을 통해 mRNA가 세포 내로 전달되고 활용되는 데 필요한 핵심 단백질 인자들과 조절 경로를 밝혀냈다.
- 세포 내 유입 촉진: 세포막 표면에 있는 '황산 헤파란' 분자가 mRNA를 감싼 지질나노입자와 결합하여 세포 내 유입을 촉진한다. 이후 지질나노입자는 세포내 소포체로 이동한다.
- mRNA 방출: 양성자 이온 펌프 'V-ATPase'는 소포체 내부를 산성화시켜 지질나노입자가 양전하를 띠도록 하여 소포체 막을 일시적으로 파열시키고, mRNA가 세포질로 방출되도록 한다.
- TRIM25 단백질: 세포질 내 'TRIM25' 단백질이 mRNA를 침입자로 인식하고 제거하는 역할을 한다. TRIM25 단백질은 mRNA에 결합하여 절단 및 분해를 유도, 백신 효과를 저해한다. 하지만 N1-메틸수도유리딘 변형 염기에는 결합력이 감소하여 mRNA 분해를 억제한다.
- 양성자 이온 역할: 외부 RNA 침입을 경보하는 양성자 이온의 중요한 역할이 최초로 발견되었다.
연구의 의의 및 기대 효과
이번 연구는 mRNA 백신의 효능과 안정성을 높이는 데 기여할 수 있는 이론적 토대를 마련했다는 평가를 받는다. TRIM25를 회피하는 기술 개발을 통해 mRNA 효능을 높이고 부작용을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 감염병 백신 외에도 mRNA 기술을 활용한 암 백신 및 면역 치료, 유전자 교정 분야에 활용될 수 있을 것으로 전망된다.
김빛내리 교수는 "양성자 이온이 면역 신호 전달 물질로 작용한다는 사실을 최초로 발견하고 외부 침입자에 대항하는 세포의 방어 기전에 대한 이해를 한층 넓혔다"고 밝혔다.
김빛내리 교수, 노벨상 후보 거론
김빛내리 교수는 코로나19 바이러스의 RNA 전사체를 세계 최초로 분석한 연구자로서, 국내에서 유력한 노벨상 수상 후보로 거론되고 있다.
김 교수는 기초과학연구원(IBS) RNA 연구단장이자 서울대학교 생명과학부 석좌교수로 재직 중이다.
mRNA 백신의 안전성에 대한 김빛내리 교수의 견해
김빛내리 교수는 mRNA 백신의 안전성에 대해 강조하며, RNA는 비교적 불안정한 물질이기 때문에 체내에서 빠르게 분해되어 장기적인 부작용을 일으킬 가능성이 낮다고 설명했다.