RNA로 에이즈 치료, 암 진단까지

RNA는 유전정보의 흐름상 DNA와 단백질(protein) 사이에 낀 중간단계의 물질이라고 할 수 있다. 상대적으로 게노믹스(Genomics)로 대표되는 DNA 연구나 프로테오믹스(Proteomics)로 알려진 단백질 연구에 비해 덜 주목받아 왔다.

하지만 최근 RNA의 역할이 새롭게 조명되면서 RNA 분자가 유전정보의 중간물질에서 벗어나 새로운 도약을 꿈꾸고 있다. 에이즈 치료요법에서부터 조기 암 진단까지 경계를 넘나들며 맹활약을 펼치는 RNA의 최근 활약상에 대해 살펴보자.

HIV(인간면역결핍바이러스, 에이즈 바이러스) 감염자에게 한 가지 이상 약물을 동시에 투여하는 이른바 칵테일 치료요법은 에이즈의 진행을 늦출 수 있는 가장 좋은 방법으로 증명됐다. 칵테일 요법과 관련한 문제점 가운데 하나는 항바이러스제에 대한 HIV의 내성획득과 약물자체가 갖는 독성 문제이다.

RNA 키메라 분자, 쥐 모델 에이즈 치료에 효과

때문에 HIV 칵테일 치료는 새로운 시도를 요구한다. 미국 캘리포니아 주 소재 벡만(Beckman) 연구소 존 로시 연구팀은 RNA 혼합 분자를 이용해 새로운 치료요법을 개발했다. 연구팀은 RNA 혼합 분자가 에이즈 바이러스에 감염 세포 내 바이러스의 복제를 억제했으며 혈관 속을 자유롭게 돌아다니는 바이러스의 기능을 붕괴했다고 밝혔다. 이번 연구결과는 과학저널 ‘Science Translational Medicine’ 최신호에 게재됐다.

키메라(chimera)라고 알려진 연구팀의 RNA 혼합 분자는 2종류의 RNA 분자로 구성됐다. 하나는 작은 RNA의 일종인 siRNA(small interfering RNA)이며 나머지 하나는 앱타머(aptamer)라고 알려진 RNA 분자이다.

siRNA는 바이러스에 감염된 세포 내부로 침투해서 HIV가 복제하는데 필요한 유전자의 발현을 억제한다. siRNA는 DNA가 아닌 RNA를 목표로 결합해 특정 유전자의 발현을 억제하는데 이러한 현상을 RNA 간섭이라고 일컫는다. siRNA 접두사 i는 간섭을 뜻하는 interference의 약자이다.

siRNA가 목표 RNA에 결합하면 목표 RNA의 절단이 유도되고 결과적으로 목표 RNA는 단백질로 변역되지 못해 유전자의 발현이 억제된다. 연구팀은 HIV의 복제에 관여하는 ‘tat’와 ‘rev’라는 2개의 유전자를 목표 유전자로 지정했다.

siRNA와 앱타머 RNA분자를 혼합해 처방한 결과 tat와 rev 유전자의 발현이 모두 75~90% 수준에서 감소한 것으로 확인됐다. 또한 연구팀은 siRNA가 tat와 rev 유전자의 정확한 부위를 절단하는 것도 확인함으로써 siRNA가 정확히 자신의 역할을 수행했음을 증명했다.

RNA 앱타머는 에이즈 바이러스의 표면에 붙어있는 단백질의 일종인 gp120 단백질에 강력하게 달라붙어 바이러스의 기능을 붕괴시키는 역할을 한다. 바이러스의 기본구조는 유전물질인 DNA 또는 RNA 게놈과 이들 둘러싸고 있는 외투 단백질로 구성된다. HIV의 경우에는 RNA 게놈과 외투 단백질로 구성됐다.

외투 표면에는 gp120과 같은 표면 단백질이 달려 있는데 이들 단백질이 특이적으로 세포를 공격해 바이러스를 침투시키는 역할을 한다. 앱타머는 표면 단백질을 공격하는 역할 뿐만 아니라 별도의 역할도 함께 수행한다. siRNA를 감염된 세포 내부로 운반하는 운반체의 역할이다. 때문에 siRNA는 앱타머와 함께 혼합으로 처방해야 효과가 나타난다.

연구팀은 에이즈에 걸린 쥐를 대상으로 RNA 키메라 치료요법을 실험했다. siRNA와 앱타머를 동시에 사용한 키메라 요법 또는 앱타머 단독으로 사용한 경우 모두 혈액 속 에이즈 바이러스의 양이 현저하게 감소한 것으로 나타났다.

키메라와 앱타머 단독 요법 등이 모두 효과를 보였지만 키메라 요법을 이용했을 경우 앱타머 단독 요법보다 1주 이상 바이러스를 억제하는 효과가 더 강한 것으로 나타났다. 연구팀은 키메라 요법이 내성에 효과적이며 비독성인 차세대 에이즈 치료요법이 될 것으로 기대했다.

연구팀의 키메라 치료요법은 바이러스에 감염된 세포 자체를 죽이는 것은 아니다. 때문에 에이즈를 완치시킬 수는 없다. 로시 박사는 “다음 과제는 감염된 세포를 죽일 수 있도록 siRNA를 운반하는 키메라 모델을 만드는 것”이라고 말했다. 그는 “우리가 원하는 것은 감염 세포의 수는 깨끗이 제거하는 것에서부터 시작한다”고 덧붙였다.

한편 반복적인 염기서열 구조를 갖는, 일명 위성(satellite)이라고 불리는 RNA 분자는 암의 조기진단에 새로운 지표로 활용될 전망이다. DNA는 RNA로 전사되고 RNA부터 단백질이 만들어지는 것이 유전정보의 기본 흐름이다.

RNA 염기서열 중에는 유전자의 염기서열과 일치하지 않는 서열도 존재한다. 이 서열들은 유전자의 염기서열이 아닌 위성이라고 불리는 DNA 서열과 정확히 일치했다.

반복적 구조의 위성 RNA, 암 조기지단 지표 가능성 제시

미국의 과학잡지 ‘Technology reivew’에 따르면 암 조직의 경우 정상 조직에 비해 상대적으로 많은 양의 위성 RNA가 존재했다. 메사추세츠주 종합병원의 데이비드 팅 연구팀은 쥐와 인간의 종양조직을 대상으로 한 실험에서 폐암, 신장암, 난소암, 전립선암, 췌장암 등 다양한 암에서 높은 수준의 위성 RNA를 확인했다.

위성은 전체 게놈의 대략 5% 가량을 구성하며 과학자들은 위성의 반복적인 구조를 수년 동안 알고는 있었지만 이들의 역할이 무엇인지는 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. 오랫동안 위성은 여유분의 DNA로 간주됐다. 대부분의 DNA 염기서열 분석기에도 위성 DNA는 제거토록 장치가 고안돼 있는 형편이다.

위성은 태아의 발달과정에 관련돼 있는 것으로 밝혀져 있다. 과학자들은 위성이 염색체가 정상적으로 분리되는 것을 도와준다고 추측했다. 염색체가 분리된다는 것은 세포가 분열한다는 의미이며 여러 조직으로의 분화가 필요한 태아의 발달과정에서 세포 분열은 필수부가결한 요소이다.

암 세포의 경우 정상세포보다 훨씬 많은 세포 분열을 필요로 한다. 암 세포가 비정상적으로 무한증식을 하기 때문이다. 세포분열이라는 관점에서 태아발달과 암 조직은 기묘한 유사성을 띤다.

이는 암 조직에서 위성 RNA가 많이 발견되는 점을 설명하는 하나의 실마리가 될 수 있다. 팅 연구원은 “암은 어떤 방식으로든 거꾸로 거슬러 올라가 발달 초기 과정의 프로그램을 획득해 나쁜 용도로 사용하려는 것”이라고 말했다.

하지만 위성이 암의 발달에 결정적인 역할을 하는 것인지 단지 암의 징표로 나타나는 지표인지 여부는 아직 명확치 않다. 위성이 PSA와 같은 역할을 할지는 여전히 의문이란 얘기다.

만약 위성이 암 세포에서만 과다하게 발현된다는 점이 과학적으로 확인된다면 위성은 매우 정확한 암의 조기진단 진단지표가 될 수 있다. 연구팀은 바늘 생검사를 통해 채취한 췌장암 조직을 대상으로 일군의 실험을 수행했다.

이들은 위성 RNA에만 달라붙는 형광분자를 활용해 암세포의 발생 여부를 식별했다. 현재현미경을 통한 암 진단법에 비해 매우 극소량의 암 조직으로부터 효과적으로 암의 여부를 진단할 수 있을 것으로 연구팀은 기대했다.

이성규 객원기자 | henry95@daum.net 저작권자 2011.01.26 ⓒ ScienceTimes