국내 연구진이 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)이 세포 에너지를 조작해 빠르게 증식한다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구는 전 세계적으로 일어난 코로나19 대확산 현상을 분석하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
김성준 한국화학연구원 의약바이오연구본부 책임연구원 연구팀은 코로나19 감염 시 세포의 에너지를 만드는 미토콘드리아와 성장 신호를 전달하는 상피세포 성장 인자 수용체(EGFR)가 변형돼 바이러스가 빠르게 증식한다고 3일 밝혔다.
코로나19 바이러스는 2019년 발생한 이후 전 세계로 빠르게 퍼져 심각한 경제·사회적인 문제를 일으켰다. 다만 코로나19 바이러스가 몸속으로 들어온 후 어떻게 대량 복제하는 지는 제대로 밝혀지지 않았다. 2003년 중증급성호흡기증후군(SARS)와 2015년 중동호흡기증후군(MERS)처럼 코로나 바이러스를 기반으로 하는 감염병의 주기가 짧아져 바이러스의 복제 원리를 밝혀내는 것은 중요하다.
연구팀은 코로나19 바이러스가 몸에 침입한 후 세포 속 미토콘드리아 구조와 기능을 바꾼다는 것을 알아냈다. 미토콘드리아는 세포 안에 있는 매우 작은 기관으로, 세포가 사용할 에너지를 만드는 발전소 역할을 한다. 미토콘드리아 기능이 변하면 바이러스 복제에 필요한 에너지가 과도하게 만들어진다.
코로나19 바이러스는 숙주세포에 진입한 후 미토콘드리아의 ‘막 전위(Membrane Potential)’를 높였다. 막 전위는 세포 내외액 사이의 전위차를 말하는데, 막 전위가 높으면 세포 에너지(ATP)가 높아진다. 막 전위가 높아지는 현상은 코로나19 바이러스의 ‘리보핵산(RNA)-뉴클레오캡시드’ 복합체가 미토콘드리아에 영향을 미치면서 발생한다.
코로나19 바이러스는 또 세포 성장 신호 활성에 중요한 EGFR을 변형시켰다. EGFR은 세포 바깥쪽에서 전달된 성장·분화 신호를 세포 안쪽으로 전달하는 단백질이다. 코로나19 바이러스는 EGFR을 활용해 복제한 바이러스를 주변 세포로 전파했다. 변형된 EGFR은 다른 세포로 이동하면서 다른 미토콘드리아에 영향을 미친다. 결국, 미토콘드리아들은 과도한 에너지를 생산하는 상태로 유지돼 바이러스가 많이 복제되는 것을 돕는다.
연구팀은 EGFR 표적 치료제를 활용하면 코로나19 바이러스 증식 효과를 낮출 수 있다고 설명했다. EGFR 성장 신호를 억제하는 폐암 치료제 ‘다코미티닙’이나 갑상선암 치료제 ‘반데타닙’ 등 미 식품의약국(FDA)에서 승인된 약물 12개로 실험한 결과, 코로나19 항바이러스 효능이 나타났다.
특히 감상선암 치료제 반데타닙은 효과가 뛰어났다. 코로나19에 감염된 쥐에게 반데타닙을 몸무게 1㎏당 25㎎ 입으로 투여한 결과, 폐 세포의 바이러스가 치료제 투여 3일 만에 10분의 1 수준으로 줄었다. 반데타닙을 투여한 6일 뒤에는 코로나19 바이러스로 일어난 폐 병변이 완화됐다.
연구팀은 “이번 연구결과는 코로나19 바이러스의 빠른 대량 증식 원리를 규명한 것”이라며 “기존 승인된 치료제의 용도를 변경해 바이러스 감염병 억제 목적의 약물 재창출 가능성을 보여줬다”고 말했다. 이어 “미래 감염병 대응에도 도움이 될 것으로 기대된다”고 강조했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 교육부, 화학연의 지원을 받았다. 연구결과는 의약학 분야 국제학술지 ‘신호 전달과 표적 치료(Signal Transduction and Targeted Therapy)’에 지난 5월 게재됐다.
참고 자료
Signal Transduction & Targeted Therapy(2024), DOI: https://doi.org/10.1038/s41392-024-01836-x