RNA 수명·단백질 생성 향상 ‘조절요소’ 발견… mRNA 치료제 성능 ‘UP’

김빛내리 IBS RNA연구단장, 대규모 바이러스 분석해 조절원리 규명 RNA 조절 요소 ‘Pt1’, mRNA 수명 3배 연장… 안정성 높여 약효지속성 기여 국내 연구진이 리보핵산(RNA)의 수명과 단백질 생산을 획기적으로 높이는 조절 원리와 다양한 조절 요소를 발굴했다. 앞으로 메신저리보핵산(mRNA) 백신과 치료제 성능을 높이는 데 활용될 것으로 기대된다. 과학기술정보통신부는 김빛내리 기초과학연구원(IBS) RNA 연구단장(서울대 석좌교수) 연구팀이 337종의 척추동물 감염 바이러스를 대규모로 분석해 리보핵산(RNA)의 안정성과 단백질 생성을 높이는 다양한 조절 요소를 발굴하고, 이들의 작동 원리를 규명했다고 14일 밝혔다. 연구결과는 이날 국제 학술지 '셀'에 실렸다. 아주 작은 유전체인 바이러스는 자신의 유전정보를 효율적으로 작동시키기 위해 숙주세포의 RNA 조절 시스템을 정교하게 활용하면서 진화해 왔다. 특히 단백질 생산에 필요한 mRNA 말단의 'poly(A) 꼬리'가 짧아지면 mRNA가 쉽게 분해되는데, 바이러스는 숙주세포의 RNA 조절 효소를 이용해 꼬리를 보호해 왔다. poly(A) 꼬리는 RNA를 구성하는 4가지 종류의 염기 중 하나인 아데닌(A)이 연속적으로 이어진 구조를 의미한다. 연구팀은 2023년, 2025년 선행연구를 통해 바이러스의 RNA 안정화 요소를 발굴하고, 이를 치료용 mRNA에 적용해 안정성과 단백질 생산을 높이는 데 성공한 바 있다. 다만 기존 연구는 주로 개별 바이러스나 이미 알려진 조절 서열을 중심으로 이뤄져 다양한 바이러스가 진화시킨 RNA 조절 전략을 체계적으로 파악하는 데 한계가 있었다. 연구팀은 이를 위해 척추동물 감염 바이러스 297개 속, 337종에 달하는 바이러스 유전체를 약 20만개의 RNA 서열을 포함하는 대규모 라이브러리를 구축했다. 이어 각 서열이 RNA 안정성과 단백질 생산 효율, 최종 단백질 발현량에 미치는 영향을 다양한 분석법으로 측정하고, 활성이 뛰어난 후보들을 개별 검증했다. 그 결과, 단백질 생산을 크게 증가시킨 상위 서열 중 다수가 TENT4 단백질에 의존한다는 사실을 확인했다. TENT4는 RNA 말단의 꼬리 분해를 억제하고 수명을 늘려주는 세포 내 RNA 조절 효소이다. 연구팀은 TENT4를 이용해 RNA의 안정성과 단백질 생성을 높이는 조절 요소 23개를 찾아냈고, 이들은 19개 바이러스 속에 걸쳐 분포함을 발견했다. 특히 TENT4를 이용하지 않는 새로운 조절들이 다수 발견됐는데, 연구팀은 강력한 효과를 보인 조절 요소 'Pt1'에 주목했다. Pt1은 poly(A) 꼬리를 합성하는 효소인 PAP를 직접 끌어들여 짧아지는 꼬리를 다시 연장했다. RNA 꼬리를 지속적으로 보충해 mRNA 분해를 늦추도록 Pt1이 역할을 한 것이다. 연구팀은 Pt1이 실제 RNA 안정성을 높이는지 선형 mRNA에 적용하는 실험을 수행했다. 선형 mRNA는 양 끝이 열려 있어 세포 내 분해 효소에 의해 쉽게 파괴된다. 실험 결과, Pt1을 붙인 선형 mRNA 꼬리는 60개에서 194개까지 늘어났고, 세포 내 수명은 7.6시간에서 23.1시간으로 약 3배 증가했다. 가장 안정적인 것으로 알려진 '원형 RNA' 수준으로 안정성이 크게 향상됐다고 연구팀은 설명했다. 한편 연구팀은 숙주세포의 RNA 꼬리 조절 효소를 활용해 RNA 안정성과 단백질 생성을 높이는 바이러스 RNA 조절 요소들을 '테일론'으로 명명했다. 김 단장은 "바이러스가 숙주세포의 RNA 조절시스템을 이용한 정교한 전략을 대규모로 밝혀낸 연구"라며 "기존 mRNA 치료 기술 한계를 극복하고, 약효 지속성을 대폭 높일 수 있는 강력한 분자 도구로 활용될 것으로 기대한다"고 말했다. 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr