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연구

저용량 고효율 RNA백신 개발 가능해지다​
조회수 : 7207 등록일 : 2023-10-24 작성자 : 홍보실

사진 1. 생명과학과 김윤기 교수

< 사진 1. 생명과학과 김윤기 교수 >

현재 널리 사용되고 있는 코로나바이러스 mRNA 백신은 선형 형태의 mRNA를 가지고 있어 세포내에서 매우 불안정한 특징이 있다. 반면 원형 형태의 RNA(circular RNA)는 선형 RNA에 비해 매우 안정되기 때문에 수많은 국내외 제약회사에서 RNA 안정성을 높이기 위해 원형 RNA를 개발하고 있는 상황이다. 이에 원형 RNA에서 일어나는 단백질 합성 과정에 대한 연구가 필요한 실정이다. 

우리 대학 생명과학과 김윤기 교수 연구팀이 진핵세포 내에서 일어나는 원형 RNA(circular RNA)의 단백질 합성 과정에 대한 새로운 메커니즘을 규명했다고 23일 밝혔다. 

분자생물학에서 ‘중심원리(central dogma)’라고 알려진 DNA로부터 시작해 RNA, 단백질로 이어지는 유전정보의 흐름은 다양한 생물학적 기능을 나타내는 중요 원리다. 이때 최종 생산 산물인 단백질은 번역 과정에 의해 생성되며 이와 관련한 메커니즘 연구는 예로부터 활발히 진행돼오고 있었다. 

특히 최근에는 mRNA 백신과 관련해 RNA의 안정성과 합성 효율을 극대화할 수 있는 기법에 관해 관심이 쏠리고 있다. 선형 mRNA는 세포내에서 매우 불안정하기 때문에, 항체 생성 효율을 높이기 위해서 부득이 고용량의 mRNA를 접종하고 있는 상황이다. 이러한 고용량 접종은 mRNA에 기인하는 많은 부작용을 초래할 수 있다. 

연구팀은 원형 RNA에서 일어나는 새로운 형태의 단백질 번역 과정을 규명하였다. 세포내에서 생성되는 대부분의 원형 RNA는 엑손 접합 복합체 (Exon junction complex; EJC)를 가지고 있음을 밝혔다. 엑손 접합 복합체는 단백질 합성을 담당하는 리보솜을 끌어오는 기능을 수행하는 단백질(eIF3g)과 직접 결합함으로써, 최종적으로 리보솜을 끌어와 단백질 합성을 유도함을 규명하였다.

그림 1. 원형 RNA의 경우, 엑손 접합 복합체(EJC)가 원형 RNA에 결합하고, eIF3 복합체와 리보좀을 끌어옴으로써 원형 RNA의 단백질 합성을 유도한다. 반면에 선형 mRNA의 경우, 엑손 접합 복합체가 안정하게 선형 mRNA에 결합하지 못하기 때문에, 엑손 접합 복합체를 통한 단백질 합성은 매우 비효율적으로 일어나게 된다.

< 그림 1. 원형 RNA의 경우, 엑손 접합 복합체(EJC)가 원형 RNA에 결합하고, eIF3 복합체와 리보좀을 끌어옴으로써 원형 RNA의 단백질 합성을 유도한다. 반면에 선형 mRNA의 경우, 엑손 접합 복합체가 안정하게 선형 mRNA에 결합하지 못하기 때문에, 엑손 접합 복합체를 통한 단백질 합성은 매우 비효율적으로 일어나게 된다. >

연구를 주도한 김윤기 교수는 “이번 연구는 안정성이 높은 원형 RNA에서 일어나는 합성 과정을 규명한 데에 연구의 의의가 있으며, 이 작용과정을 이용하여 부작용을 최소화하고, 고안정성 및 고효율 단백질 합성이 가능한 mRNA 백신을 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다”며 소감을 밝혔다. 특히 원형 RNA 기술 상용화를 위해 김윤기 교수는 라이보텍(주) 벤처회사의 공동대표를 맡고 있다. 

생명과학과 장지윤, 신민경 박사과정생, 박주리 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 세계 최고 수준의 국제 학술지 `핵산 연구 저널지(Nucleic Acids Research)'에 10월 9일 자로 소개됐다. (논문명 : An interaction between eIF4A3 and eIF3g drives the internal initiation of translation). 

한편 이번 연구는 한국 연구재단의 지원을 받아 수행됐다.

단백질RNA원형RNAmRNANucleic Acids Research 김윤기 생명과학기술대학 생명과학과
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