동물 바이러스

-.동물 바이러스는 분자생물학의 핵심점 문제 연구의 우수한 모델이 될 수 있다.

분자생물학자들은 파지에 흥미를 갖는 것과 같은 이유로 진핵세포를 감염하는 바이러스에 관심을 가진다. 바이러스에 감염된 세포를 연구를 통하여 진핵세포의 핵심적인 분자생물학적 의문에 대한 답을 얻을 수 있기 때문이다. 예를 들어, 바이러스 DNA가 어떻게 복제되는가를 통해서 세포의 DNA 복제를 이해할 수 있고, 바이러스 mRNA와 단백질 합성을 연구함으로써 세포의 mRNA와 단백질 합성 과정을 알 수 있다. 어떤 바이러스를 선택하느냐는 연구실에서 다루기가 쉬운가 하는 점과 알고자 하는 특정한 문제들에 적합한가에 따라 대체로 결정된다. 그러나 한편으로는 자신들이 새로 알아내고자 하는 정보가 특정한 바이러스 질병을 치료하는 데 도움이 됐으면 하는 희망도 물론 가지고 있다.

이 장에서 다루려는 세 가지 바이러스는 모두 진핵세포의 분자생물학적 이해에 기여하였을 뿐 아니라 심각한 질병의 원인이기도 한 것들이다. 앞으로 우리가 다룰 진핵세포 유전자의 복제, 전사, 번역과정을 공부하는 데 있어서 잘 알아둘 필요가 있기 때문에 이 세 가지 바이러스를 중점적으로 살펴보고자 한다.

-. 폴리오마바이러스(polyomavirus)는 원형 이중가닥 DNA를 갖고 있다.

폴리오마바이러스는 1953년에 쥐에서 발견되었다. 실험실 조건에서 설치류의 여러 부분에 고형암을 유발하는 특성 때문에 붙여진 이름이다. 아주 유사한 바이러스인 SV40이 1960년에 원숭이 신장 세포에서 발견되었는데, 원숭이 신장 세포에서 배양된 소아마비 바이러스로 제조한 쏠크와 새빈 소아마비 백신의 초기 제품에 이 바이러스가 오염되어 있음이 나중에 알려졌다. 다행하게도 오염된 SV40이 백신 접종자에게 암을 일으키지는 않은 것으로 나타났다. 생쥐 폴리오마바이러스와 SV40은 폴리오마바이러스과에 속하는데, 지금까지 이 과에 속하는 여러 바이러스는 소, 조류, 인간을 포함한 다양한 생물에서 발견되었고, 숙주의 종(species) 특이성을 보인다.

폴리오마바이러스는 원형의 이중가닥 DNA가 지름 약 60nm인 20면체 캡시드에 들어 있다. 캡시드는 VP1, VP2, VP3의 세 가지 단백질로 되어 있다. VP1이 캡시드 전체 단백질의 약 80%를 차지하는 주 단백질이고, VP2와 VP3가 나머지 20%를 차지한다. DNA는 바이러스 입자 안에 H2A, H2B, H3, H4로 구성된 히스톤 단위 입자를 휘감아 미니염색체 형태로 매우 압축되어 있다.

SV40 유전체는 조절 지역, 초기 및 후기 유전자 영역으로 나눠진다. 조절 지역에는 DNA 복제원점과 초기 및 후기 유전자 전사 조절 신호가 포함되어 있다. 초기와 후기 유전자는 DNA의 각기 다른 가닥에서 전사된다. 초기 유전자는 3개 단백질, 즉, lager T 항원, small t 항원, 17 kT 단백질을 코드 한다. 후기 유전자는 coat 단백질, VP1, VP2, VP3를 코드 한다.

바이러스 입자는 세포 표면에 있는 당지질 수용체와 결합하여 세포 진입을 통해 숙주세포 안으로 들어가고, 이어서 세포핵으로 이동하는데 그 과정을 여기서는 설명하지 않겠다. 초기 유전자가 전사되어 T 항원 단백질들이 만들어진다. Lager T 항원은 바이러스 DNA 복제원점에서 DNA 복제 개시에 필요하다. T 항원 외에 DNA 합성에 필요한 모든 단백질은 숙주세포에 의해 제공된다. 숙주세포의 DNA 합성과 마찬가지로 바이러스 DNA의 합성도 세포주기의 S 기에서 일어난다. SV40 DNA 복제 연구를 통하여 숙주세포의 복제 기구에 관한 많은 정보를 얻을 수 있다.

후기 유전자 영역이 전사되어 만들어진 mRNA로부터 캡시드 단백질(VP1, VP2, VP3)들이 합성되는데, 이들은 복제된 바이러스 DNA와 세포핵에서 결합하여 새로운 바이러스 입자를 형성한다. 조립된 바이러스 입자는 세포질 소낭(vesicle)으로 이동하는데 이 과정을 활발히 연구되고 있다. 소낭이 세포막과 융합되어 바이러스 입자가 세포 밖으로 방출된다. 아마도 바이러스들은 핵에서 빠져나가 세포가 죽은 후에 방출되기도 할 것이다. 드물게는 바이러스 DNA가 숙주세포의 염색체 아무 곳에 끼어들어 가는 경우도 있다. 이런 세포는 종종 암세포가 되기도 한다. Large T 항원은 두 가지 암 억제 단백질의 작용을 방해하고, small T 항원은 특정한 단백질 탈인산화효소를 저해한다. 이 두 작용은 세포의 암호 작용에 필요하다.

-.아데노바이러스(adenovirus) DNA는 끝이 뭉툭한 선형 이중가닥이며 양 끝에 마주는 보는 반복서열이 있다.

1953년 사람의 편도선에서 처음으로 분리되었기 때문에 아데노바이러스 불린다. 주로 어린아이들에 호흡기나 장 질환을 일으키고, 연력에 상관없이 결막염도 일으킨다. 사람 외에도 설치류, 조류, 여러 가축 등 다양한 온혈 동물에서 발견된다.

바이러스 입자 안에 끝이 몽톡한 선형의 이중가닥 DNA가 있는데, 양쪽 끝에 103 bp DNA가 서로 마주 보는 방향으로 반복되어 있다. 적어도 12가지의 단백질이 코드 되어 있는데, 초기 유전자는 'E'로 표시하는데 두 가닥 DNA 전반에 걸쳐 분포되어 있다. 반면, 'L'로 표시되는 후기 유전자는 한 가닥에서만 전사된다. 바이러스 DNA는 20면체 캡시드에 쌓여있다.

바이러스 입자가 세포 표면의 수용체에 붙어 수용체 매개 세포 진입을 통해 세포 안으로 들어간다. 수용체와의 결합을 시작으로 바이러스 입자의 와해는 여러 단계에 걸쳐 진행된다. 바이러스 DNA는 핵으로 이동하고 숙주세포의 전사 기구에 의해 유전자들이 전사된다. 생성된 2개의 초기 단백질, 즉 DNA 중합효소와 단일가닥 DNA 결합단백질은 숙주세포 효소들과 협력하여 바이러스 DNA를 복제한다. 이후에 후기 유전자가 발현되어 바이러스 코트 단백질들이 합성되고, 이들과 새로 만들어진 바이러스 DNA가 결합하여 새 바이러스 입자를 형성한다. 이 후기 과정 중에 세포의 단백질 합성은 바이러스에 의해 정지되고, 그 결과 세포가 용해되어 바이러스 입자가 방출된다.

아데노바이러스는 mRNA 합성을 연구하는 데 중요한 모델일 뿐 아니라 외부 DNA를 숙주세포에 운반하는 벡터로도 사용된다. 불행하게도 변조된 아데노바이러스를 이용한 유전자 치료 연구의 초기 단계에서 선천성 대사 장애를 치료받던 한 젊은이가 사망하였다. 이에 따라 인간 유전자 치료에 있어서 아데노바이러스 및 다른 벡터의 안전성에 관한 많은 연구가 수행되고 있다.