레트로바이러스

[ retrovirus ]

레트로바이러스(retrovirus)는 역전사(reverse transcription)를 통한 DNA 중간체를 필수로 하는 단일가닥의 양성 센스(positive-sense) RNA를 게놈으로 가지는 바이러스이다. 레트로바이러스가 숙주세포에 들어가면 먼저 바이러스가 지니고 있는 역전사 효소(reverse transcriptase)에 의해 RNA 유전체가 DNA 중간체를 만든다. 이 DNA 중간체는 인테그레이즈(integrase)라는 효소에 의해 숙주세포의 게놈에 삽입되는데 이 상태의 레트로바이러스를 프로바이러스(provirus)라 부른다. 숙주세포는 프로바이러스 DNA를 자체 게놈의 일부로 인식하여 레트로바이러스 유전자를 전사 번역하는데, 이로써 새 바이러스 조립에 필요한 바이러스 게놈 RNA와 단백질이 생성된다. 바이러스를 구성하는 모든 구성요소가 생성되면 바이러스가 만들어져 세포 밖으로 나와 다른 세포를 감염할 수 있다. 레트로바이러스는 이렇듯 RNA → DNA → RNA → 단백질 순으로 RNA로부터 단백질을 만들며 이 과정에서 역전사의 과정을 가지기 때문에 역(거꾸로)이라는 뜻의 레트로(retro)바이러스라는 이름으로 명명되었다. 레트로바이러스는 유전자를 세포 및 개체에 전달하는 벡터(vector)로서 분자생물학의 중요한 도구이기도 하다.

그림 1. 레트로바이러스(retrovirus)가 세포를 감염하는 방법 모식도 (출처: 위키피디아, https://en.wikipedia.org/wiki/Retrovirus#/media/File:Hiv_gross.png )

바이러스의 env 유전자가 발현되어 생성된 당단백질(glycoprotein)과 숙주의 세포막에서 유래된 지질로 구성된다. 레트로바이러스의 외피는 지질 이중층(lipid bilayer)을 통한 세포외 환경으로부터의 바이러스의 보호, 엔도솜 막(endosomal membrane) 이동을 통한 바이러스의 숙주세포 내로의 출입, 세포막과 융합하여 세포에 침투하는 기능 등을 수행한다.

RNA

동일 RNA가 두 가닥으로 존재하는 이합체(dimer) RNA로 구성되는데 진핵생물의 mRNA처럼 5' 말단의 캡(cap)과 3' 말단의 폴리A 꼬리(poly-A tail)를 가진다. 또한 RNA의 궁극적인 복제에 중요한 말단의 유전자가 없는 부분과 바이러스의 단백질을 발현하는 부분이 존재한다.

단백질

보통 객(gag), 단백질 분해효소(protease, PR), 폴(pol), 엔브(env) 단백질로 구성된다. 그룹특이항원(Group-specific antigen, gag) 단백질은 바이러스의 껍데기(capsid)의 주성분이며 바이러스 하나 당 약 2000-4000개가 존재한다. 단백질 분해효소는 미성숙 단백질을 절단하여 성숙한 객(gag)과 폴(pol) 단백질을 만드는 역할을 수행한다. 폴 단백질은 바이러스 RNA가 DNA로 합성되는 역전사효소로서의 기능 및 DNA가 숙주세포의 게놈에 끼어들게 하는 인테그레이즈의 기능을 담당한다. 엔브 단백질은 외피의 단백질 구성요소로서 숙주세포 내로 바이러스의 진입에 중요한 역할을 수행하여 레트로바이러스가 전염성을 갖도록 한다.

질병을 일으키는 레트로바이러스와 그 처치

레트로바이러스는 각종 심각한 질병의 원인으로 작용한다. 먼저 라우스 사코마 바이러스 (Rous sarcoma virus)와 생쥐의 유선 암 바이러스 (Mouse mammary tumor virus)의 경우는 특정 암(cancer)의 원인이다. 또한 후천성 면역결핍증(acquired immunodeficiency syndrome, AIDS)의 원인 바이러스인 HIV(human immunodeficiency virus)도 레트로바이러스이다.

이러한 레트로바이러스 감염을 치료하기 위해서 프로티에이즈, 역전사 효소 등의 단백질에 대한 억제제가 약제로 제조되었다. 하지만 이러한 약제는 레트로바이러스 단백질의 아미노산 서열을 결정하는 유전자 서열이 매우 빠르게 돌연변이가 일어나기 때문에 효능이 지속적이지 않을 수 있다. 즉, 약제가 결합하는 부위의 아미노산이 돌연변이로 인해 변화하면 약물의 표적으로부터 피할 수 있는데, 역전사는 RNA에서 DNA로 복제되는 과정에서 교정(proofreading) 과정을 거치지 않기 때문에 레트로바이러스는 다른 바이러스에 비해 더 자주 변이가 일어날 수 있다. 이러한 문제점을 타개하기 위하여 HIV의 경우엔 3-4가지의 항레트로바이러스 약제를 동시에 처방한다.

참고문헌

Genetics 5/E: From Genes to Genomes (Hartwell et al., McGraw-Hill)

Molecular Biology of the Gene, Seventh Edition (Watson et al., Pearson)

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