뉴라미니데이스

뉴라미니데이즈(Neuraminidase)는 글리코시드(혹은 글라이코시드, 글라이코사이드, 배당체, glycoside)를 가수분해하는 효소 중 하나이다. 글리코시드는 당이 글리코시드 결합을 통해 연결된 화합물로, 생명체내에 흔하게 생성되는 다량체 유기물이다. 글리코시드는 당의 종류와 결합 순서, 길이 등에 따라 차이가 나는 극히 다양한 물질을 통칭하는 말이기 때문에, 뉴라미니데이즈가 모든 글리코시드를 분해하는 것은 아니고, 뉴라민산(neuraminic acid, 5-amino-3,5-dideoxy-D-glycero-D-galacto-non-2-ulosonic acid) 잔기의 글리코시드 결합을 분해하기 때문에 이런 명칭이 붙은 것이다. 뉴라민산은 9개의 탄소로 이루어진 단당으로, 그 유도체들이 동물의 조직이나 세균에서 광범위하게 발견된다. 동물 조직의 당단백질(glycoprotein)이나 갱글리오사이드(ganglioside)에서 광범위하게 발견되는 시알산(sialic acid)이 뉴라민산의 유도체를 일컫는 일반적인 용어이다. N-아세틸뉴라민산(N-acetylneuraminic acid)은 인간 혹은 많은 포유류 세포의 주요한 시알산이다. 따라서 시알산 잔기가 있는 글리코시드를 분해한다는 의미의 효소 명칭인 시알리데이즈(sialidase)도 뉴라미니데이즈와 비슷한 의미로 사용된다. 

뉴라민산(Neuraminic acid) (출처: )

시알산(Sialic acid, N-acetylneuraminic acid) (출처: )

목차

뉴라미니데이즈라는 효소 명칭은 뉴라민산(neuraminic acid)에서 온 것이다. 뉴라민산이라는 이름은 독일 과학자인 Klenk에 의해 제시되었는데, 이는 당시에 뉴라민산이 다른 지질에서는 발견되지 않은 반면, 대뇌 회백질에서 높은 농도로 발견되는 스트란딘(strandin, 수용액에서 건조시키면 밧줄, 즉 strand 모양이 되어 이런 이름이 붙여짐)의 특징적인 성분이었기 때문이다. 뉴라민산은 세포막에서 발견되는 당단백질(glycoprotein)들이나 뇌의 신경세포막의 중요한 성분인 갱글리오사이드, 즉 당지질에서도 발견된다. 사람의 경우, 뇌에 시알산이 가장 높은 농도로 존재한다.

뉴라미니데이즈는 매우 다양하고 큰 효소 집단이기 때문에 바이러스, 세균, 포유류 등 많은 생물들에서 발견되고, 사람 유전체에서도 여러 개의 유사 단백질들이 존재한다고 알려져 있다. 하지만 효소의 기능으로 볼 때, 끝에서부터 뉴라민산 잔기를 절단해 나가는 exo 활성을 갖는 것과, 내부의 뉴라민산 잔기를 절단하는 endo 활성을 갖는 두 종류로 크게 나눌 수 있다.

동물 세포와 조직에 많이 존재하는 뉴라민산 혹은 시알산를 포함하는 글리코시드를 분해하는 기능을 가지고 있기 때문에, 병원균이 가지고 있거나 분비하는 뉴라미니데이즈는 중요한 병독인자(virulence factor)가 될 수 있다. 많은 병원성 세균을 포함하는 코리네박테리움(Corynebacterium) 속, 클로스트리디움(Clostridium) 속, 연쇄상구균(Streptococcus) 속, 비브리오 콜레라(Vibrio cholera), 박테로이데스(Bacteroides) 속 등에 의한 감염성 질병에 뉴라미니데이즈가 관여한다고 알려져 있다. 또한 샤가스병(Chagas disease, American trypanosomiasis)를 일으키는 Trypanosoma cruzi 같은 원생동물에서도 이들이 분비하는 뉴라미니데이즈가 질병 발생과 밀접한 관계가 있다고 알려져 있다. 물론 질병을 일으키지 않는 세균도 뉴라미니데이즈를 생성할 수 있다.

대중적으로 가장 많이 알려진 것은 인간 인플루엔자(influenza) 바이러스의 외피 단백질 중 하나인 뉴라미니데이즈이다. 인간 인플루엔자 바이러스는 일반적으로 H#N#로 표시되는 외피 단백질들을 가지는데, H는 헤마글루티닌(hemagglutinin)을 의미하고, N은 이 뉴라미니데이즈를 의미한다. 이들은 인플루엔자 바이러스의 가장 바깥쪽 표면인 외피에 돌출되어 있기 때문에 스파이크(spike)라고 불리기도 하며, 바이러스 감염과 증식에서 매우 중요한 역할을 한다. 헤마글루티닌은 숙주 세포 표면의 시알산 혹은 뉴라민산 분자와 특이적 결합을 함으로써 감염이 일어날 수 있게 한다. 그런데 이러한 결합은 바이러스가 세포내에서 증식한 후, 합체되어 다시 빠져나올 때에도 일어나게 되는데, 만약 바이러스의 헤마글루티닌이 숙주 세포막의 시알산 혹은 뉴라민산 분자와 결합한 체로 있으면 바이러스가 유리되지 못하게 된다. 이 때 인플루엔자 바이러스의 뉴라미니데이즈는 헤마글루티닌과 결합한 시알산을 절단해 줌으로써, 바이러스가 최종적으로 세포로부터 유리될 수 있게 해 준다. 그러므로, 인플루엔자바이러스의 증식과 전파에 뉴라미니데이즈는 중요한 역할을 하며, 인플루엔자 바이러스의 종류를 구분하는 중요한 지표로 사용된다. 또한 이런 이유로, 뉴라미니데이즈는 인플루엔자 바이러스의 증식을 막는 약물의 중요한 타겟이 된다. 대표적인 것이 타이플루라는 상용명으로 알려진 오셀타미비어(Oseltamivir)와 리렌자(Relenza)라는 상용명으로 알려진 자나미비어(Zanamivir)이다. 오셀타미비어와 자나미비어는 모두 뉴라미니데이즈 억제제(neuraminidase inhibitor)이다.

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이준희/부산대학교

이진원/한양대학교