분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2009-03-06 10:10:47 , Hit : 5436
 인간 HIV 바이러스의 유전자조작을 통해 원숭이 실험모델 개발성공

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-03-04


HIV-1 바이러스의 단 하나의 유전자를 조작하여 과학자들은 돼지꼬리 짧은 꼬리 원숭이 (pig-tailed macaque)에 인간 HIV바이러스를 감염시키는데 성공했다. 전까지 동물에게 인간 HIV 바이러스를 감염시키는 것은 불가능한 일로 생각되었다. 이 새로운 계통의 HIV 바이러스는 이미 감염을 방지하기 위한 한 가지 방법으로 사용되고 있으며 백신개발의 후보로서 매우 가치있는 모델이 될 것이다.

미국 록펠러 대학의 폴 비니아츠 (Paul Bieniasz)와 테오도라 하치오누 (Theodora Hatziioannou)가 이끄는 연구팀은 두 마리의 돼지꼬리 짧은꼬리 원숭이에게 새롭게 유전자조작을 거친 HIV 바이러스에 노출시키기 전에 일상적인 항-레트로바이러스 치료를 수행했다. 그 결과 이 원숭이들은 전혀 감염의 증세를 일으키지 않았다. 록펠러 대학의 아론 다이아몬드 에이즈 연구소 레트로바이러스 실험실 (Aaron Diamond AIDS Research Center Laboratory of Retrovirology)의 소장이며 하워드 휴즈 의학연구소의 연구원인 비니아츠는 “우리는 항-레트로바이러스 약품으로 세계를 구하겠다는 것이 아니다. 하지만 이 모델을 통해 우리는 가장 최상의 방법으로 프로필락시스 (prophylaxis)를 투약하는 방법을 찾을 수 있게 되었으며 HIV-1를 막을 수 있는 다른 실험을 수행할 수 있게 되었다. 이 HIV-1 바이러스는 쉽게 인간에게 감염된다”고 말했다.

이번 발견은 미국 국립학술원의 학술지인 <PNAS>지에 발표되었으며 유전자조작된 바이러스를 돼지꼬리 짧은 꼬리원숭이에 주입하여 사람에게서처럼 빠르게 번져나가도록 했으며 적어도 6개월 동안 이 바이러스를 발견할 수 있었다. 하지만 이 원숭이는 병에 걸리지 않았다. 그보다 이 원숭이는 HIV양성보균자 처럼 활동했다. HIV양성 보균자들은 예외적인 면역시스템은 일반적으로 이 바이러스가 에이즈로 발전하지 않고 유지된다. 이렇게 운이 좋은 경우를 장기적인 비진행성 환자로 불리고 있다.

이번 동물모델은 숙주에 세포와 HIV 바이러스 사이의 음모가 도사리는 듯한 분자활동에 대한 수 년간의 연구로부터 만들어진 것이다. 특히 아론 다이아몬드 AIDS 연구센터의 과학자이기도한 비니아츠와 하치오나우 그리고 이들의 동료들은 빠르게 진화하는 유전자인 APBEC3와 TRIM5의 두 그룹을 연구했다. 이들 유전자는 HIV와 같은 레트로바이러스와 싸울 수 있는 능력을 가진 예외적인 방어 단백질을 생산해낸다. 이들 유전자는 인간과 원숭이들과 공유하는 것으로 각 생물종의 특이한 레트로바이러스에 대한 전쟁의 역사에서 돌연변이를 일으켜 진화해왔다.

대부분 유인원의 경우 APOBC3와 TRIP5 단백질은 실제로 바로 HIV가 발견되는 자리에서 파괴하기 때문에 연구자들이 동물모델에서 이 바이러스에 대한 연구를 불가능하게 했다. 대신 연구자들은 HIV의 사촌격되는 특정한 원숭이 종에서 에이즈와 같은 질병을 일으키는 유인원 면역결핍 바이러스 (SIV)를 연구했다. 하지만 SIV는 그 절반 가량의 아미노산을 HIV와 공유하고 있어서 완벽한 항-HIV 약물이나 백신을 개발하는데 어려움이 있었다. 여러 연구그룹은 HIV와 SIV의 잡종인 SHIVs (SIVs는 일부 HIV DNA를 가지고 있다)를 만들어냈지만 아직도 큰 차이점이 존재하고 있다.

현재 비아니츠와 하치오누는 매릴랜드의 국립암연구소 (National Cancer Institute)의 비니트 케왈라마니 (Vineet Kewalramani)와 제프리 리프슨 (Jeffrey Lifson)과 협력을 통해 유인원-열대 HIV-1 (stHIV-1)이라 불리는 다른 계통을 개발했으며 이것은 인간 HIV와 95%이 유전체를 공유하는 것으로 알려지고 있다. 차이점은 단지 HIV-1의 한 개의 유전자로 돼지꼬리 짧은꼬리 원숭이의 APOBEC3의 방어가 실패하고 있다. (과학자들은 TRIM5 방어기제를 극복할 필요가 없다. 그 이유는 짧은꼬리 원숭이의 TrIM5 단백질은 극도로 특이하고 HIV에 대해서는 효과적이지 않기 때문이다). 새로운 연구는 비니아츠와 하치우노의 연구팀이 2006년에 발표한 연구결과에서 크게 발전한 형태로 당시 이들은 HIV가 붉은털 원숭이 (Rhesus macaques)의 APOBE3C와 TRIM5 단백질로부터 숨을 수 있도록 유전자조작을 통한 세포배양을 할 수 있었다. 하지만 이 계통의 성장은 잘 이루어지지 않았으며 실제 동물실험이 불가능했다.

stHIV-1 바이러스는 HIV-1 바이러스처럼 주입한 후에 빠르게 확산되었으며 몇 달 동안 유지되었다. 비니아츠와 연구팀은 특정한 부류의 면역세포인 T세포로 인해 통제가 가능했다고 주장하고 있다. 이 세포를 만일 막게 되면 바이러스가 다시 확산되었다. 연구팀은 이 모델을 이용하여 200만 유닛의 stHIV-1 감염체를 주입하기 전 후에 항레트로 바이러스 약물을 투약했으며 그 결과 원숭이들은 바이러스로부터 효과적으로 보호되었다. 비록 이번 연구는 중요한 발전이지만 stHIV-1이 백신을 테스트하는데 유용하게 되기 위해서 과학자들은 이 바이러스를 둘러싸고 있는 단백질을 조작해야하며 그래서 인간에서와 같이 원숭이의 동일한 면역세포가 형성되도록 해야한다. 또한 하치오누는 이들이 감염이 완전한 상태로 이루어져 질병을 일으켜 HIV-1처럼 되도록 해야 완전한 실험모델이 될 수 있다고 말했다. 그녀는 “이 모델은 HIV 바이러스에 노출되기 전 후에 대한 연구에 유용해야 한다. 하지만 정말로 가장 확실한 모델이 되기 위해서 우리는 이 실험모델을 병원성으로 만들어야 한다”고 말했다.

출처: <science daily> 2009년 3월 3일
참고자료: 록펠러 대학 연구팀이 <PNAS>에 발표한 연구논문인 Theodora Hatziioannoua, Zandrea Ambrose, Nancy P.Y. Chung, Michael Piatak Jr., Fang Yuan, Charles M. Trubey, Vicky Coalter, Rebecca Kiser, Doug Schneider, Jeremy Smedley, Rhonda Pung, Mercy Gathuka, Jacob D. Estes, Ronald S. Veazey, Vineet N. KewalRamani, Jeffrey D. Lifson and Paul D. Bieniasz. A macaque model of HIV-1 infection. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2009; DOI: 10.1073/pnas.0812587106의 원문참조







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