[헬스코리아뉴스 / 이시우] 인간과 박테리아, 그리고 바이러스는 끊임없는 생존 전쟁을 치르며 고유의 면역체계를 발전시켜왔다. 박테리아의 방어막을 뚫고 공격하는 바이러스의 면역회피 시스템과 이를 무력화 시키는 박테리아의 면역 시스템의 상호작용을 국내 연구진이 새롭게 밝혀내, 앞으로 인간 유전자 편집 기술에도 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
중앙대학교 약학과 박현호 교수와 중앙대학교 약학대학원에서 박사과정을 밟고 있는 글로벌혁신신약학과 이소현 학생의 공동연구 성과다. 연구팀은 박테리아가 자신의 면역체계인 크리스퍼-카스(CRISPR-Cas)를 공격하는 바이러스의 항-크리스퍼(Anti-CRISPR) 유전자를 조절하고 면역시스템을 회복하는 새로운 메커니즘을 밝혀냈다.
흔히 유전자 가위로 불리는 크리스퍼-카스는 박테리아가 자신을 공격하는 바이러스의 유전정보를 기억하고 있다가 유사 유전자를 가진 바이러스가 침투할 경우 바로 제거하는 방어 시스템이다.
바이러스는 크리스퍼-카스를 억제하는 다양한 항-크리스퍼 단백질을 가지고 박테리아의 면역체계를 무력화 시키며 진화해 왔다. 박테리아 역시 바이러스의 항-크리스퍼 단백질을 무력화하는 방어 체계를 갖추고 있을 것으로 추정되었지만, 지금까지 관련 기전은 알려지지 않았다.
연구팀은 바이러스의 항-크리스퍼 유전자와 밀접한 관계를 보이는 박테리아의 Aca(anti-CRISPR associate) 단백질에 주목하여 항-크리스퍼 단백질과의 상호작용을 연구했다.
연구 결과, Aca 단백질은 항-크리스퍼 단백질의 발현을 저해하는 전사인자로 작용한다는 사실을 밝혀냈다. 뿐만아니라 Aca 단백질은 항-크리스퍼 유전자의 특정 프로모터(Promoter)에 결합하는 방식으로 항-크리스퍼의 발현을 막아, 크리스퍼-카스를 정상 작동시킨다는 사실을 확인했다. 프로모터는 모든 생명체에서 유전자의 전사(합성)를 조절하는 DNA의 특정 부위를 말한다.
연구팀은 Aca 단백질의 3차원 구조를 규명하고, 어떻게 이 단백질이 특정 프로모터에 결합하여 바이러스의 무기가 되는 단백질 유전자 발현을 저해할 수 있는지를 분자 수준에서 규명했다.
박현호 교수는 “이번 연구는 바이러스의 면역 회피 시스템에 대항하는 박테리아의 또 다른 생존 전략을 규명한 연구”라며 “항-크리스퍼 단백질, Aca 단백질은 실제 크리스퍼-카스 시스템을 조절하는 단백질들이기 때문에 인간 유전자 치료 기술로 주목받는 크리스퍼-카스의 정교한 조절 등에 응용할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구결과는 국제학술지 ‘뉴클레익 애시즈 리서치(Nucleic Acids Research)’ 8월 26일자에 게재되었다.
* Aca단백질의 3차구조를 규명한 후 유전자 조사를 통해 Aca 유전자가 Acr 유전자와 연관되게 존재를 하는것을 밝힌 후 실제 Aca가 결합하여 Acr발현을 저해할만한 DNA 부분을 찾았다.
* 이 프로모터 DNA와 Aca 단백질간의 실제 특이적 결합을 보았고 이 결합을 통해 Acr단백질 발현을 저해하는 전자인자로 작용한다는 기능을 밝혀냈다.
* Aca 단백질과 결합하는 프로모터 DNA 서열을 밝힌 후 돌연변이 연구, 모델링 연구를 통해 Aca가 어떻게 이 DNA와 결합하는지 분자레벨에서 설명할 수 있었다.
