에이즈 백신 개발 위한 HIV 단백질 설계
에이즈 백신 개발 위한 HIV 단백질 설계
  • 강지희
  • 승인 2019.06.14 23:10
  • 조회수 1779
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HIV 이미지. 출처: pixabay
HIV 이미지. 출처: pixabay

인간면역결핍바이러스(HIV)는 후천성면역결핍증(AIDS)를 유발합니다. HIV 바이러스는 표면의 당단백질인 외피(外皮) 단백질 삼량체(Envelope protein trimer, Env)를 이용해 인간 면역세포 표면의 CD4 단백질과 결합하는 방식으로 감염시킵니다. 따라서 HIV 외피 단백질이 인간 면역세포 표면의 CD4 단백질과 결합하지 못하도록 항체 등을 이용한 에이즈 치료법들이 개발되고 있죠.

 

또한, 백신의 개념으로 HIV 외피 단백질 일부를 사람에게 미리 투입하면 인체 내에서 스스로 HIV 외피 단백질을 타깃으로 하는 항체를 생산하는 방법도 활발히 연구되고 있습니다. 하지만 HIV 대부분의 단백질들이 변이가 매우 많이 발생해 특정 항체, 백신을 개발하더라도 지속적으로 광범위하게 생기는 변이 바이러스를 모두 효과적으로 제어하는 게 불가능하다는 문제점이 있습니다. 그래서 단일 치료법 등의 개발에 어려움이 있다고 하는데요.

 

후천성면역결핍증의 백신을 개발할 수 있는 새로운 방법이 제시됐다고 합니다. 서울대학교 한병우 교수 연구팀은 에이즈를 유발하는 인간면역결핍바이러스(HIV) 단백질의 대표적 구조를 설계해, 치료용 항체 유도 가능성을 제시했다고 합니다.

 

어떻게 연구했는가

 

연구팀은 미국 스크립스연구소, 네덜란드 암스테르담대학교 의학센터 연구진과의 공동 연구를 통해, 2017년까지 알려진 모든 HIV-1 외피 단백질의 모든 아형 단백질 서열을 분석하고 전체 아형을 가장 잘 대표하는 단백질의 서열을 추출했습니다. 이렇게 설계된 외피 단백질 ConM에 대한 구조 규명과 면역 원성을 확인했습니다. 

설계된 인간면역결핍바이러스(HIV) 외피 단백질 ConM의 구조와 광범위 중화항체 유도 가능성 제시 사진. 출처: 한국연구재
설계된 인간면역결핍바이러스(HIV) 외피 단백질 ConM의 구조와 광범위 중화항체 유도 가능성 제시 사진. 출처: 한국연구재단

연구팀은 인간면역결핍바이러스 변이를 모두 분석해, 전체 외피 단백질을 가장 잘 대표하도록 설계된 단백질 '콘엠(ConM)'을 백신 개발에 최적화되도록 추가 변형했습니다. 또한 연구팀은 이를 통해 광범위한 에이즈 변이에 대하여 치료 효과가 좋은 항체들을 유도하는 데 성공했다고 합니다.

 

우선, 비자연형(non-natural) 서열을 갖는 ConM 단백질에 안정화를 위한 인위적인 단백질 변형을 가했습니다. 자연형 외피 단백질과 마찬가지로 삼량체를 이루는 것을 통해 디자인된 ConM 단백질이 자연형 HIV 외피 단백질과 유사한 상태로 발현됨을 확인했습니다. 규명된 ConM 단백질의 구조에 기반해서 ConM 단백질이 전체 아형을 가장 잘 대표하도록 디자인됐기 때문에 백신으로 사용될 경우 각 외피 단백질의 특이 서열에 의해 특정 항체만을 생산할 가능성이 적었다고 하는데요. ConM을 백신으로 사용하면 변이가 다양한 HIV 외피 단백질을 광범위하게 중화시킬 수 있는 항체(broadly neutralizing antibodies)를 효과적으로 생산할 가능성이 높아지게 됩니다.

 

연구진은 토끼와 짧은 꼬리원숭이(macaque)로 ConM의 면역 원성을 확인했습니다. 그 결과 ConM을 페리틴 나노입자에 붙여 실험 동물에 주입할 경우 더욱 강하게 자가 중화항체 반응을 보였다고 합니다.

 

앞으로의 전망
 

한병우 교수. 출처: 한국연구재
한병우 교수. 출처: 한국연구재단

한병우 교수는 "이 연구는 변이체가 광범위하고 다양하여 효과적인 치료법 개발이 힘든 인간 면역결핍 바이러스 백신 연구에 직접 적용될 수 있을 것으로 기대한다"고 연구 의의를 설명하며, "향후 이 원리를 적용해서 변종이 심해 치료법 개발이 힘든 독감 바이러스, 에볼라 바이러스, C형 간염 바이러스 단백질에 대해서도 연구할 계획"이라고 후속 연구계획을 밝혔습니다.

 

##참고자료##

 

 


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