우리 DNA에 숨겨진 바이러스가 의학의 다음 큰 돌파구가 될 수 있다

LJI 과학자들이 주도한 새로운 연구는 HERV-K Env 구조를 모든 각도에서 보여줍니다. 이 렌더링은 단백질의 평면도와 측면도를 제공하며, 삼량체 구조의 세 부분이 어떻게 결합되는지 보여줍니다. 출처: LJI/Saphire Lab

당신은 대부분 인간이지만, 완전히 그런 것은 아닙니다. 숫자를 따져보면, 당신 유전체의 8%는 실제로 그곳에 고립된 바이러스에서 유래한 것입니다. 이 바이러스 잔해는 우리 진화의 과거가 남긴 기념품이자, 바이러스가 태초부터 우리와 함께해 왔음을 상기시켜 줍니다.

일반적으로 DNA의 8%, 즉 바이러스 조각은 침묵 상태로 남아 있습니다. 과학자들은 이를 유전체의 "암흑 물질"이라고 부릅니다.

라호야 면역학 연구소(LJI)의 과학자들이 핵심 바이러스 단백질을 처음으로 분석한 결과를 발표했습니다. Science Advances 에 게재된 연구에서 LJI 연구진은 이러한 고대 "인간 내인성 레트로바이러스(HERV)" 중 하나에서 유래한 단백질의 3차원 구조를 최초로 밝혀냈습니다.

연구팀은 가장 활동적인 HERV의 항체 표적인 표면 외피 당단백질(Env)을 매핑하여 구조 생물학의 이정표를 세웠습니다. "이것은 인간 HERV 단백질 구조가 밝혀진 최초의 사례이며, 인간 면역결핍 바이러스(HIV)와 원숭이 면역결핍 바이러스(SIV)에 이어 세 번째로 밝혀진 레트로바이러스 외피 구조입니다."라고 LJI 사장 겸 CEO, 교수인 에리카 올만 사파이어 박사(MBA)는 말합니다.

이 발견은 질병 진단 및 치료에 새로운 전략을 제시합니다. 진화적 과거, HERV-K Env 단백질은 HERV-K 레트로바이러스의 표면에 존재했습니다. 그러나 현대인의 경우, HERV-K Env 단백질은 특정 종양 세포 표면과 자가면역 질환 및 신경퇴행성 질환 환자의 표면에 나타나 새로운 진단 및 치료법 개발을 위한 귀중한 표적이 됩니다.

"자가면역 질환이나 암과 같은 많은 질병 상태에서 이러한 유전자들이 다시 활성화되어 바이러스의 일부를 만들기 시작합니다."라고 사파이어 박사는 말합니다. "HERV-K Env 구조와 현재 우리가 보유하고 있는 항체를 이해하면 진단 및 치료의 가능성이 열립니다."

예상치 못한 '전환'

지금까지 HERV 단백질은 눈에 보이지 않았습니다. HERV 단백질은 너무 활동적이고, 너무 경련성이 강해서 아무리 정교한 영상 기술로도 관찰할 수 없었습니다. LJI 팀은 HERV-K Env의 구조를 규명하는 데 특히 어려움을 겪었는데, 단백질의 섬세한 "융합 전" 상태를 포착해야 했기 때문입니다.

외피 단백질은 잠재 에너지로 가득 차 있습니다. 즉, 숙주 세포와 융합하여 감염 과정을 시작하도록 스프링이 장착되어 있습니다. 즉, 융합 전 단백질은 융합 후 상태로 자발적으로 전환되는 경향이 있습니다. LJI 박사후연구원 천 선 박사와 공동 제1저자로 이 연구를 주도한 LJI 박사후연구원 제레미 쉑은 "웃기게 보면, 단백질이 펼쳐지는 것을 볼 수 있습니다."라고 말했습니다.

HERV-K Env의 3차원 구조를 연구하기 위해 연구진은 단백질의 구조를 고정하는 동시에 자연스러운 형태를 유지하기 위해 작은 치환을 도입했습니다. Saphire와 그녀의 연구팀은 이전에도 이 접근법을 사용하여 에볼라 바이러스, 라사 바이러스 등의 주요 단백질 구조를 밝혀낸 바 있습니다. 또한 연구진은 다양한 바이러스 단백질의 결합을 돕는 특정 항체를 발견하고 그 특성을 분석했습니다.

LJI 팀은 HERV-K Env 구조를 안정화한 후, 극저온 전자 현미경이라는 고해상도 영상 기술을 사용하여 세포 표면, 감염을 일으키는 순간, 항체와 결합하는 순간의 세 가지 주요 순간에 HERV-K Env의 3D 영상을 포착했습니다.

많은 바이러스 외피 당단백질은 삼중체 구조를 가지고 있지만, HERV-K Env는 다른 레트로바이러스의 삼중체를 포함하여 과학자들이 이전에 본 어떤 것과도 다릅니다. HIV와 SIV가 만들어내는 짧고 땅딸막한 삼중체와 달리, HERV-K Env는 키가 크고 날씬합니다. 더 나아가, 이 단백질의 주름, 즉 작동 장치를 구성하는 가닥과 코일이 서로 엮이는 모습은 다른 레트로바이러스와는 다릅니다.

임상 연구를 위한 새로운 길

새로운 LJI 연구는 HERV-K Env를 유리하게 활용할 수 있는 길을 열어줍니다. HERV-K Env의 구조와 항체가 이를 어떻게 표적으로 삼는지 이해하는 것은 진단 도구나 새로운 치료법 개발에 유용하게 활용될 수 있습니다.

예를 들어, 유방암에서 난소암에 이르기까지 다양한 유형의 암세포는 건강한 세포와는 달리 HERV-K Env 단백질을 가지고 있습니다. 이는 HERV에 대한 항체가 암세포와 건강한 세포를 구별할 수 있음을 의미합니다. 선 박사가 설명하듯이, 과학자들은 HERV-K Env에 집중하여 종양 세포를 추적하는 항암 면역 치료법을 개발할 수 있습니다. 선 박사는 "이를 암세포를 특이적으로 표적으로 삼는 전략으로 활용할 수 있습니다."라고 말합니다.

루푸스나 류마티스 관절염과 같은 자가면역 질환 환자도 세포에 HERV-K Env를 발현합니다. 일부 과학자들은 환자의 면역 세포가 이러한 이상한 단백질을 보고 신체가 공격받고 있다고 생각한다고 추측합니다. 일반적인 바이러스 감염과 마찬가지로, 환자의 B 세포는 HERV-K Env 단백질에 대한 항체를 생성하기 시작합니다.

사파이어는 "항체가 이러한 단백질을 어떻게 인식하는지 이해하는 것은 어려운 일이었습니다. 구조가 없고, 아직 이용 가능한 좋은 항체가 거의 없었기 때문입니다."라고 말했습니다.

그래서 LJI 연구팀은 면역 체계가 분자의 다양한 형태를 가진 하위 단위를 어떻게 표적으로 삼을 수 있는지 밝히기 위해 자체 항체 패널을 개발했습니다. 과학자들이 이러한 항체 공격의 작동 방식을 이해하게 되면, 유해한 염증을 억제하고 억제하는 데 기여할 수 있을 것입니다.

과학자들은 또한 그들의 항체가 여러 자가면역 질환 진단에도 유용한 도구가 될 수 있다는 아이디어를 시험했습니다. 그들은 이 항체를 사용하여 류마티스 관절염과 루푸스 환자의 검체에서 면역 세포를 찾아내려고 했습니다. Saphire와 동료들은 이 항체에 분자 플래그를 부착하여 염증을 유발할 수 있는 면역 세포의 일종인 호중구에서 HERV-K Env를 빠르게 검출할 수 있었습니다.

사파이어는 "이러한 항체는 류마티스 관절염과 루푸스 환자의 호중구에서 비정상적인 HERV 발현을 나타냈지만 건강한 대조군에서는 그렇지 않았다"고 말했습니다.

HERV에 대한 관심이 빠르게 증가하고 있으며, 과학자들은 HERV-K Env가 나타나는 질병을 점점 더 많이 발견하고 있습니다. Shek은 "관심 있는 질병을 골라 그 방향으로 나아갈 수 있습니다."라고 말합니다.

이러한 프로젝트들은 언젠가 임상 치료와 더불어 인간 생물학에 대한 우리의 근본적인 이해를 발전시킬 수 있을 것입니다. 결국 우리 모두는 바이러스의 일부입니다. 이제 우리 자신의 그 부분을 알아갈 때입니다.

"Cryo-EM을 이용한 융합 전후의 인간 내인성 레트로바이러스 K(HERV-K) 외피 구조" 연구의 추가 저자는 Elise M. Wilson, Fatemeh Moadab, Kathryn M. Hastie, Roshan R. Rajamanickam, Patrick J. Penalosa, Stephanie S. Harkins, Diptiben Parekh, Chitra Hariharan, Dawid S. Zyla, Cassandra Yu, Kelly CL Shaffer, Victoria I. Lewis, Ruben Diaz Avalos, Tomas Mustelin입니다.

이 연구는 Curebound Discovery Grant(13502-01-000-408) 및 LJI & Kyowa Kirin, Inc.(KKNA-Kyowa Kirin North America; 및 Kirin North America Accelerator Grant[18030-01-000-408])의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250902085154.htm