레트로바이러스(retrovirus)

-.레트로바이러스(retrovirus)는 역전사효소를 이용하여 RNA 유전체로부터 DNA를 복제한다.

레트로바이러스는 아마도 지금까지 가장 많이 연구된 동물바이러스일 것이다. 그 주된 이유는 레트로바이러스 중 하나인 인간면역결핍바이러스(HIV)가 후천성면역결핍증(AIDS)을 일으키기 때문이다. 레트로바이러스에 대한 많은 연구가 AIDS의 효과적인 치료와 예방법을 찾고자 추진되었다.

레트로바이러스를 연구하는 다른 타당한 이유도 많다. 가장 근본적인 단계에 있어서 레트로바이러스의 복제는 RNA에서 DNA로 정보가 전달되어야 하는데, 역전사(reverse transcription)로 불리는 이 과정은 1960년대 중반, Howard Temin(하워드 테민)에 의해 처음 제안되기 전에는 전혀 예기치 못한 방식이었다. 이 가계에 속하는 바이러스들의 이름 앞에 '레트로(retro)가 붙는 것도 유전 정보의 흐름이 '역방향'인 것에서 유래되었다. 역전사 효소(reverse transcriptiase)로 더 잘 알려진, RNA에 의존해서 DNA 합성을 촉매하는 레트로바이러스의 효소는 분자생물학과 DNA 재조합 기술에서 중요한 도구이다. 더욱이, 숙주세포에서 증식하지 못하도록 유전정보를 결손 시킨 레트로바이러스들은 동물세포에 외부 유전자를 전달하는 벡터로 사용되고 있으며, 계속 개량한다면 인간의 유전자 치료용으로 안전한 벡터가 될 것으로 보인다.

레트로바이러스는 가계에 속하는 모든 바이러스에게 공통적인 어떤 특징들이 있다. 첫째 2개의 동일한 RNA 분자를 가지고 있는데, mRNA와 같은 서열정보를 가지므로 ( + ) 가닥으로 불린다. 이 RNA는 역전사 효소가 DNA를 합성하는 데 주형 역할을 하지만 리보솜이 바이러스 단백질을 합성하게 하는데 필요하지는 않다. 모든 레트로바이러스 RNA 분자에는 단백질을 코드 하는 3개 영역이 있는데 gag, pol, env으로 불린다. 그룹 특이적 항원(group-specific antigen)을 뜻하는 gag 영역에 코드 된 단백질은 polyprotein이라 불리는데, 결국에는 잘려서 아래와 같이 3개의 서로 구분되는 단백질이 되기 때문이다.

1. 매트릭스(matrix) 단백질 : 바이러스를 둘러싸고 있는 막과 밀접하게 결합한다.

2. 캡시드(capsid) 단백질 : 바이러스 입자의 주요 내부 구족인 핵심(core) 껍질을 형성한다.

3. 핵단백질(nucleoprotein) : 알칼리성 단백질로서 RNA와 결합한다.

gag 영역과 관련해서 언급해야 하는 또 하나의 단백질이 있다. Protease인데, 어떤 레트로바이러스에서는 gag 영역에, 다른 레트로바이러스에서는 pol 영역에, 또 다른 레트로바이러스의 경우에는 gag와 pol 영역 사이에 코드 되어 있다. Protease는 polyprotein을 절단하는 역할을 하므로 바이러스 복제에 필수적이다. 실제로, protease 저해제는 효과적인 AIDS 환자 체료제임이 입증되었다.

레트로바이러스의 두 번째 polyprotein은 pol(polymerase) 영역에 코드 되어 있는데, 이것이 쪼개져서 역전사 효소와 integrase가 생성된다. 또 하나의 polyprotein이 env(envelope) 영역에 암호화 되어 있으며 2개의 단백질로 쪼개지는데, 하나는 바이러스 입자의 외피막(envelope)을 관통하는 막 단백질이며, 다른 하나는 외막의 바깥쪽에서 막 단백질에 붙어 있는 당단백질이다.

레트로바이러스 RNA 분자들 또한 서로 공통적인 특징들을 갖고 있다. 모두 5' 말단에 변형된 구아노신을, 3' 말단에 poly(A) 서열을 갖고 있는데, 이들은 각각 cap과 tail로 불린다. 이 두 가지 구조는 전형적으로 진핵세포의 mRNA에서 발견된다.

레트로바이러스가 세포로 들어가는 방식도 외막이 있는 다른 바이러스와 크게 다를 바 없다. 바이러스 입자가 세포 표면에 있는 수용체와 결합하여 바이러스 외막이 세포막과 융합하면 입자의 핵심부가 세포질로 들어가게 된다. 레트로바이러스 가계의 각 멤버는 각각 특이한 수용체에 결합한다. 예를 들면 HIV는 인체의 T-helper 세포, 미성숙한 thymocyte, 단핵구 및 대식세포의 표면에 있는 CD4 단백질을 수용체로 사용한다. HIV가 세포 안으로 들어가려면 보조수용체와도 결합하여야 한다. 보조수용체가 없는 사람은 상대적으로 HIV에 잘 걸리지 않는데, 이는 보조수용체가 새로운 AIDS 치료제의 표적이 될 수 있음을 시사한다.

레트로바이러스 감염의 다음 단계는 RNA가 DNA로 바뀐다는 점에서 참으로 주목할 만하다. 1960년대 중반까지 모든 RNA 바이러스는 자신의 RNA를 복제하는데 RNA 의존성 RNA 중합효소를 사용한다고 믿었다. 이런 방식으로 RNA를 복제하는 것이 RNA 파지, 폴리오바이러스, 담배 모자이크 바이러스와 같은 많은 RNA 바이러스들의 복제방식이다.

1911년 닭의 발암 원인을 연구하던 Peyton Rous(페이튼 라우스)에 의해 발견된 Rous sarcoma 바이러스의 복제 방식은 이와는 완전히 다름이 관찰되었다. Rous는 닭의 암 조직 추출물을 건강한 닭에 주사하면 암이 생긴다는 것을 관찰하였다. 그 추출물은 박테리아를 걸러낼 수 있는 미세한 필터로 거른 후에도 여전히 암을 발생시킬 수 있는 것으로 보아 아주 작은 물질임을 알 수 있었다. 이런 일련의 실험을 통하여 Rous는 닮의 암 발생 원인이 바이러스라고 결론지었다.

요즈음의 연구자들은 Rous의 발견이 인간의 암에도 적용되는 것인가에 대하여 의구심을 갖고 있다. 왜냐하면 인간의 암은 대부분 감염성 인자에 의한 것이 아니기 때문이다. 그러나 J. Michael Bishop과 Harold varmus의 후속 연구 결과 Rous sarcoma 바이러스 RNA 가운데 일부 서열이 종종 인간 세포의 성장과 분열을 촉진하는 단백질을 코드 하는 인체 유전자로 대체된 것으로 밝혀졌다. 이처럼 드물게 생성되는 온전하지 못한 바이러스는 인간 유전자의 삽입 과정에서 바이러스 RNA 일부가 소실되었기 때문에 다른 바이러스의 도움 없이 스스로 복제하기는 힘들지만 정상 세포를 암세포로 바꿀 수는 있다.