코로나19 막아낸 'mRNA 백신' 작동원리 세계 최초 규명

▲mRNA 백신의 주요 세포 조절 경로와 N1-메틸수도유리딘 변형 염기 효과의 분자 기전. (사진제공=과학기술정보통신부)

우리나라 연구진이 코로나19 백신으로 활용된 'mRNA(전령리보핵산) 백신'의 작동원리를 세계 최초로 규명했다.

과학기술정보통신부는 기초과학연구원 리보핵산(RNA) 연구단 김빛내리 단장 연구진이 mRNA 백신의 세포 내 전달과 분해를 제어하는 단백질 군을 찾아내고 그 작동원리를 최초로 규명했다고 4일 밝혔다.

mRNA 백신은 코로나19 대응뿐 아니라 암 백신, 면역 및 유전자 치료 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 크다. 특히 지질나노입자를 이용한 체내 전달 기술과 N1-메틸수도유리딘 변형 염기를 통해 효능을 극대화하며 치료 플랫폼으로 자리 잡았다. 다만 mRNA가 체내에서 어떻게 작동하고 조절되는지에 대한 구체적인 기작은 충분히 밝혀지지 않았다.

연구진은 동물 실험과 인체 유래 세포 분석을 통해 mRNA 백신이 세포 내 리보솜을 통해 단백질을 합성하고, 그 단백질이 면역세포를 활성화해 항체 형성을 촉진한다는 사실을 증명했다. 또한, 백신이 분해되는 방식과 면역 반응 지속 기간에 영향을 미치는 요인도 밝혀냈다.

이번 연구를 통해 △mRNA가 세포 내로 전달·유입되는 데 필요한 핵심 단백질 인자 '황산 헤파란' 규명 △mRNA 유입을 방해하는 'TRIM25(트림25) 단백질 인자 확인 △TRIM25의 억제 활동을 자극하는 양성자 이온의 성질 규명 △N1-메틸수도유리딘의 백신 효능 강화 기전 확인 등 4가지 성과를 냈다.

이번 연구 결과는 향후 다양한 감염병 백신 개발뿐만 아니라 암 백신 및 희귀 질환 치료제 연구에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

과기정통부 관계자는 "이번 연구는 mRNA 백신의 세포 내 작동 원리를 최초로 밝혀냄으로써 mRNA 치료제의 효능과 안정성을 한 단계 높여갈 이론적 토대가 마련됐다는 데 큰 의미가 있다"고 설명했다.

김빛내리 단장은 "양성자 이온이 면역 신호 전달 물질로 작용한다는 사실을 최초로 발견하고 외부 침입자에 대항하는 세포의 방어 기전에 대한 이해를 한층 넓혀 RNA뿐 아니라 면역, 세포신호 분야에도 새로운 연구 방향을 제시할 것으로 보인다"고 말했다.

이번 연구 결과는 세계최고 권위 학술지 사이언스(Science, IF 44.7)에 이날 온라인 게재됐다. 연구진은 후속 연구를 통해 백신 효능을 극대화할 방법을 모색할 계획이다.