지난 시간에 바이러스 기본 개요, 분류 및 코로나 바이러스에 대한 설명을 하였다.
지난 포스팅은 여기 클릭 (코로나19바이러스(1)- 바이러스 분류 및 Corona virus(CoV))
이번엔 현재 범 세계적으로 유행하는 코로나 19 (COVID-19)에 대하여 좀더 자세히 살펴보자.
주요 내용은
1. SARS-CoV-2 (코로나 19) 바이러스 생김새 및 유전자 구조
2. 코로나 19 바이러스의 life cycle
3. 한국파스퇴르 연구소에서 발표한 니클로사마이드 (Niclosamide) 코로나 바이러스 효과
4. 니클로사마이드 (Niclosamide)의 코로나바이러스 효과
5. 니클로사마이드 (Niclosamide)의 코로나 바이러스 억제 기전 및 논쟁사항
총 5개 주제로 이번 포스팅을 하려합니다.
1. SARS-CoV-2 (코로나 19) 바이러스 생김새 및 유전자 구조
모양은 구형체로서 표면에 스파이크 단백질이 돌기모양이 나왔다. 유전자는 총 29903개의 핵산으로 구성되었으며 하위 유전체 RNA가 9개(ORFS, ORFE, ORFM, ORFN, ORF3a, ORF6, ORF7a, ORF7b, ORF8)만 실제로 존재함을 확인되었다. 하위유전체 RNA를 정량적 분석한 결과 ORFN이 가장 많았고 이어 S, 7a, 3a, 8, M, E, 6, 7b 순서임을 확인했다. 특히 N gene(ORFN)은 사스코로나바이러스-2의 모든 하위유전체 RNA의 3’에 공통적으로 겹쳐 위치하고 있다.
N gene이 감염세포 내에서 다른 종보다 높은 카피수로 존재해 코로나19 분자진단키트의 타깃 서열로 유용하게 쓰인다.
2. 코로나 19 바이러스의 life cycle
공기중의 바이러스의 숙주인 인체 호흡기 점막의 수용체 (receptor)과 바이러스 표면의 스파이크 단백질 (spike protein)과 결합하면서 바이러스 껍질이 벗겨지듯 융합하여 인체 세포 내로 침투한다. 이때 바이러스의 genomic RNA에 코딩된 유전자를 전사하여 자기 몸체 단백질을 만들기 시작한다. 바이러스 몸을 구성하는 단위 (spike protein; 스파이크 단백질, membrane protein, nucleocapsid protein 등등)를 만들고 endoplasmic reticulum에 결합하고 복제된 자신의 RNA 결합 하여 최종 골지체 (Golgi)와 몸을 구성하여 다시 세포 밖으로 방출된다. 방출된 바이러스는 다른 세포에 결합하여 위와 같은 과정을 무한 반복하여 숙주생명체에서 증식된다.
3. 코로나 바이러스 (COVID-19)치료제의 기전 (치료제 후보군의 억제 기전)
말라리아 치료제인 ‘클로로퀸(Chloroquine)’과 ‘하이드록시클로로퀸(hydroxychloroquine)’은 오토파지(autophagy) 를 억제하여 사스코로나바이러스-2의 증식을 일부 차단이 예상된다. 에이즈 치료제인 ‘칼레트라 (Lopinavir)’는 단백질가위와 결합해 바이러스의 증식을 차단하는 효과를 가지 기전이다.
이중 눈 여겨 볼 것이 렘데시비르 (Remdesivir)이다. 현재 식약처에 의해 긴급사용 승인이 허가된 유일한 약물이다. 에볼라 치료제를 목표로 개발중인 ‘렘데시비르 (Remdesivir)’는 RNA 중합효소에 의한 바이러스 RNA 합성을 봉쇄 한다. 최근 임상결과르 플라시보 (위약) 대비 중증환자에서 치료기간이 31% 유의적으로 단축시키는 것이 확인되어 현재까지 미국과 한국, 일본, 유럽 등지에서 긴급승인 허가 받았다.
3. 한국파스퇴르 연구소에서 발표한 니클로사마이드 (Niclosamide) 코로나 바이러스 효과
약물 재창출 (drug reposition)연구를 통해 판교에 위치한 한국 파스퇴르 연구소에서 특허로부터 자유로운 약물을 In-vitro 고속검색을 통하여 결과를 발표하였다. 이를 통해 최근까지 언론에 소개된 구충제로 널리 사용되는 니클로사마이드 (Niclosamide)에 대한 결과를 바탕으로 현재 긴급사용 승인된 렘데시비르 (Remdesivir)보다 효과가 몇십배 좋다고 언론을 통해 소개되었다. 그러나 이것은 세포레벨 수준의 IC 50값을 기준으로 몇십배 좋다는 것은 치료제의 성능으로 따지기엔 어불성설이다.
가장 기초적인 in-vitro 단계에서 코로나19바이러스에 노출된 세포에서 바이러스가 50% 억제되는 농도를 기준으로 몇십배 좋다는 것은 실제 임상과 거리가 멀고 첫 출발이 좋다 정도로 이해하면 된다. 위 그림의 그래프를 보면 파란색 선이 바이러스가 억제되는 %이다. 왼쪽 y축 파란색으로 %inhibition에 100% 가까울수록 바이러스가 그만큼 억제 (죽었다)되었는 뜻이 되지만 각 약물의 농도(x축)이 로그 스케일로 되어있다. 이 의미는 측정의 오차 흔들림을 고려하면 같은 농도에서도 IC 50값이 몇십배 왔다갔다 할수도 있다. 저걸 통해 니클로사마이드 (Niclosamide)가 유의적으로 바이러스를 억제함을 확인하였다고 이해하면 된다. 앞으로 상용화 되기까지 동물평가, 임상 평가 등 넘어야 할 산이 아직 많다. 대웅제약과 협업하여 만든다고 하니 앞으로 개발 상황에 유의적 진전이 보이면 포스팅을 하겠습니다.
아래 그림 표는 세포에 코로나 19 바이러스를 감염시키고 각 약물 3개를 (렘비시비르(에볼라 치료제로 개발하다 현재 코로나 19로 긴급승인), 클로로퀸(말라리아 치료제), 로피나비어 (HIV 치료제))의 바이러스 억제정도와 세포의 생존 정도를 형광현미경으로 관찰한 결과이다. 녹색의 형광빛이 바이러스를 지칭하고 붉은색이 세포를 지칭한다. 약물의 농도가 높아질수록 바이러스(녹색)이 없어지고 세포(붉은색)은 잘 살아난 것을 확인할 수 있다. 누차 이야기하지만 저건 기초적인 세포레벨 수준 (cell based In-vitro level)로서 약물의 항바이러스 효과를 측정하는 기초적인 연구이다. 실제 치료제까지는 먼 길이 남아있다.
위 표는 기준이 되는 약물 3개 외 니콜로사마이드 (niclosamide)를 포함하여 약물 재창출 연구 결과를 표로 정리하였다. 각 약물의 IC50 (바이러스를 50% 죽이는 약물의 농도)와 CC50 (세포독성 지표. 세포를 50% 억제하는 약물의 농도)이고 SI지표는 Sensitivity index로 CC50/IC50 계산으로 이루어진다. IC 50이 낮을수록 적은 농도에서 그만큼 바이러스에 효과적이라는 의미가 되므로 숫자가 적을수록 좋다. 또한 약물이 우리 숙주세포에는 독성이 없고 바이러스만 선택적으로 억제하는 것이 가장 좋으므로 SI 값이 높을수록 세포독성보다 바이러스에 보다 선택적으로 작용한다는 의미가 된다. 몇몇 눈에 띄는 결과를 보인 약물을 붉은색과 파란색으로 표시하였다.
4. 니클로사마이드 (Niclosamide)의 코로나 바이러스 효과
한국 파스퇴르 연구소에서 약물 재창출 연구로 코로나 19에 대하 1차 연구결과가 공개되고 언론에 많이 인용됐지만 사실 이 구충제 약물은 이미 2004년부터 사스 코로나 바이러스 (SARS-CoV) 효과 있다는 연구결과가 이미 발표되었다.
위 그림은 2004년에 발표된 연구 결과로서 당시 중국 등지에서 유행한 사스(SARS)에 대한 여러 연구 결과 중 하나이다. 니클로사마이드 (Niclosamide)를 세포레벨 수준에서 농도별로 처리하였을때 사스 코로나 바이러스 (SARS-CoV)가 약물에 의해 억제되는 모습을 바이러스 단백질 (제일 왼쪽 그림) 과 바이러스 유전자(중간그림)과 형광현미경에서 세포내 바이러스 형광 염색하여 관찰한 결과 (제일 오른쪽)를 나타낸다. 이미 2004년부터 코로나바이러스에 대한 niclosamide의 억제효과가 보고되기 시작한것을 알 수 있다.
5. 니클로사마이드 (Niclosamide)의 코로나 바이러스 억제 기전 및 논쟁사항
위 그림은 코로나 바이러스 중 수년 전 유행했던 메르스 (MRES)를 모델로 기전연구한 결과이다. 그래프 a는 LC3c 단백질로서 니클로사마이드 (Niclosamide., NIC)에 의해 증가됨을 확인하였다. LC3는 autophagosomal membrane 단백질로서 오토파지 (autophagy)의 바이오마커로 활용된다.
바이러스에 의해 SKP2 생체신호단백질이 활성화 되어 ATG14 단백질 block, Lysosome fusion방해 하여 결국 바이러스가 증식되는 모형 기전을 가진다. 여기에 여러 약물을 테스트 한 결과, SKP2를 억제하는 약물 (니클로사마이드 (Niclosamide)포함)dl SKP2를 억제하여 autophagy를 활성화 하여 침투한 바이러스 입자를 분해하는 것을 알 수 있다. 정리하면
• Niclosamide LC3B level 증가 -> viral production 감소
• SKP2 활성화 -> BECN1 degradation -> autophagy 저해
• Virus infection에 의한 viral protein은 autophagosome-lysosome fusion을 block -> autophagy 활성감소
• SKP2 inhibition은 autophagy 활성을 회복시켜 viral production을 block
• Niclosamede, Valinomycine은 LC3B level을 증가 (autophagosomal membrane), SKP2의 inhibition 작용으로 MERS-CoV 억제함
여기서 잠깐!!!
위에부터 자세히 읽어보신 분은 뭔가 이상하다고 느낄 것이다. 바로 오토파지 (autophagy)의해 코로나 바이러스가 증식 여부가 상반되는 결과를 내고 있기 때문이다. 앞서 클로로퀸은 오토파지에 의한 코로나바이러스가 증식활성화 되고 쿨로로퀸에 의해 오토파지를 억제하여 바이러스를 억제한다고 했지만 방금 SKP2 기전에서는 이와 반대로 오토파지에 의해 코로나 바리어스의 증식이 저해된다는 연구결과가 나왔기 때문이다.
아직 까진 상반되는 연구결과로 오토파지 (autophagy)에 의한 바이러스 증식 / 억제는 좀더 연구 data가 쌓여 분석이 필요할 것 같다.
여기까지 코로나 바이러스에 대한 치료제현황과 기전에 대해 살펴보았다.
다음엔 좀더 흥미있는 주제인데, 유독 남성이 여성에 비해 코로나19에 취약한것으로 나왔다. 이에대해 살펴볼 예정이다.
코로나 바이러스 연재
1. 코로나19바이러스 (1)-바이러스 분류 및 Corona virus(CoV)
2. 코로나19바이러스(2)-유전자구조, 한국 파스퇴르연구소 연구결과, 니클로사마이드 (Niclosamide) 연구결과 및 코로나 바이러스 약물 억제 기전 정리
참고문헌
1) The Architecture of SARS-CoV-2 Transcriptome. Cell181, 914–921, May 14, 2020
2) IBS (기초과학연구원)
3) Identification of antiviral Drug candidates against SARS-CoV-2 from FDA-approved drugs. 한국 파스퇴르 연구소, AAC. 2020 May
4) Inhibition of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus replication by Niclosamide. ANTIMICROB. AGENTS CHEMOTHER. 2004
5) SKP2 attenuates autophagy through Beclin1-ubiquitination and its inhibition reduces MERS-Coronavirus infection. NATURE COMMUNICATIONS. 2019
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