생명/의료

세포핵 속 바이러스 DNA 식별 분자 발견

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최근 난카이대학 차오쉐타오(曹雪濤) 연구팀은 세포핵에 바이러스 DNA를 특이적으로 식별할 수 있는 자연면역수용체 분자가 존재하며 해당 분자가 바이러스에 대한 "강반격"을 작동시킬 수 있음을 발견했다. 해당 성과는 연구논문(Research Article) 형식으로 "Science"에 온라인으로 게재되었다. 해당 새 메커니즘의 핵심은 이질 핵 리보핵산단백질A2B1(hnRNP-A2B1)이라 불리는 단백질 분자이다. hnRNP-A2B1은 평상시 mRNA 수송을 담당하다가 바이러스 공격시 단백질 "융합", 메틸화 등 변화를 통해 세포핵으로부터 세포질로 이동해 자연면역 신호경로를 활성화시킴과 아울러 항바이러스 효과를 작동시킨다. 연구팀은 먼저 핵심 바이러스 DNA 식별 분자를 확실시한 다음 면역기능을 활성화시키는 세포경로를 점차적으로 "끄집어"냈다. 연구팀은 비오틴으로 표지한 바이러스 DNA를 "미끼"로 하여 세포핵추출물에서 DNA 결합단백질을 "낚아"냈다. 다음 질량분석 및 2차원 전기영동 선별을 통해 세포핵에서 바이러스 감염 후 세포질로 이동하는 단백질 분자를 더한층 확실시했다. 일련의 세포기능 및 동물시험을 통해 23개 후보 분자 가운데서 최종적으로 hnRNP-A2B1가 핵심적인 핵내 DNA 자연면역 식별 수용체임을 감정했다. 이어서 연구팀은 동 단백질의 평시/전시 역할 승화과정은 이합체화(2개 분자 중합) 후 226번 부위 아르기닌에서의 탈메틸화 발생에서 비롯됨을 규명했다. 바이러스 공격에 대비한 식별분자는 세포핵에서 세포질로 이동해 인터페론 발현 관련 경로를 활성화시킨다. 이외 hnRNP-A2B1은cGAS, IFI16, STING 등 DNA 식별 수용체 mRNA의m6A 수식 및 핵외로의 이동을 촉진시킴으로써 세포질의 이미 알려진 상기 자연면역 분자의 효능을 증폭·증강시킴을 발견했다. 해당 발견은 세포핵 속 단백질 분자의 자연면역 식별 관여 및 신호전달의 새 메커니즘을 규명함으로써 항바이러스 치료 및 염증질환 치료에 새 아이디어와 잠재적 약물개발 표적을 제공했다.

인간 뇌구조의 계층적 모듈화 특성 발견

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최근 시안교통대학 우주항공학원 우잉(吳瑩) 연구팀은 4년간 연구 끝에 인간 대뇌구조의 계층적 모듈화(Layered Modular) 특성을 발견해 미래 뇌유사지능기계 개발에 중요한 시사점을 주고 있다. 해당 연구성과는 "뇌구조 계층적 연결모드와 임계거동 협동적 뇌기능 다양성 최대화"란 제목으로 "Physical Review Letters"에 게재되었다. 왜 대뇌가 복잡한 동역학적 거동을 발생할 수 있고 또한 풍부한 대뇌 인지기능을 형성하는지, 그리고 상대적으로 안정적인 대뇌구조와 어떠한 관계를 가지는지 등 문제는 뇌신경과학 및 복잡계 네트워크 동역학(complex network dynamics) 분야의 관심 과제이다. 연구팀은 고유모드(eigenmode) 이론 및 복잡계 네트워크 동역학 분석방법에 기반한 연구를 통해 대뇌구조의 계층적 모듈화 특성은 대뇌에 고유의 기능성 분리 및 통합 능력을 제공함을 발견했다. 또한 대뇌가 구비한 임계동역학(critical dynamics) 특성은 이러한 고유능력을 최대화 여기시킬 수 있어 대뇌로 하여금 최상의 기능성 분리 및 통합을 발생시켜 대뇌의 복잡하고 다양한 기능을 유지한다. 해당 연구는 대뇌구조, 동역학 특성 및 복잡 기능 간의 관계를 통합함으로써 물리과학, 신경과학 및 네트워크 동역학적 차원에서 대뇌 작동 메커니즘에 대한 이해를 촉진시키는 등 미래 뇌유사지능기계 개발에 중요한 시사점을 준다.

베이징대, 신형 유전자 편집기술 발표

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최근 베이징대학 연구팀은 최초로 신형 리보핵산(RNA) 단일 염기 편집기술을 개발함과 아울러 해당 기술을 사용해 일련의 질병 관련 유전자 전사체(transcript)에서의 고효율적 정밀 편집을 구현했다. 동 기술의 확립은 생명과학 기초연구 및 질병 치료에 참신한 도구를 제공했다. 해당 논문은 "Nature Biotechnology"에 온라인으로 게재되었다. 최근년래 CRISPR/Cas9를 대표로 하는 유전체 편집기술은 생물의학 등 많은 분야에 심원한 영향을 가져다주고 있다. 세균 특유의 면역계 및 일종의 Cas9라 명명한 효소를 이용해 표적세포 DNA 서열을 수정하는 방식으로 유전자 결함으로 인한 질병을 효과적으로 치료할 수 있다. 하지만 일련의 현존 문제로 이러한 기술의 임상치료 응용은 어려움을 겪고 있다. 예를 들면 단백질 과발현에 의해 유도되는 DNA/RNA 수준의 오프타겟효과(Off-Target Effect), 외인성 단백질 발현으로 유발되는 생체 면역반응 및 손상 등이 존재한다. 문제의 근원은 현재의 유전자 편집시스템이 외인성 편집효소 또는 이펙터단백질의 발현에 의존한다는 점이다. 따라서 외인성 단백질 발현에 의존하지 않는 신형 유전자 편집도구 개발이 시급하다.

각막렌즈로의 고활성 세포 접종으로 망막 "재건" 가시화

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최근 중난대학 아이얼안과(愛爾眼科)학원 탕스보(唐仕波) 교수와 아이얼안과연구소 천젠쑤(陳建蘇) 교수가 이끄는 연구팀은 유도만능줄기세포(induced Pluripotent Stem Cell) 조정배지(conditioned medium)를 사용해 증식력이 강하고 활성이 높으며 양호한 기능을 보유한 망막색소상피세포를 배양함으로써 망막 변성 등 실명질환 치료에 희망을 가져다주었다. 해당 연구성과는 "유도만능줄기세포 조정배지 및 펨토초 각막렌즈를 사용한 고활성 망막색소상피세포(RPE) 연합구축 연구"란 제목으로 "Acta Biomaterialia"에 온라인으로 게재되었다. 안구뒷벽 안쪽면의 감광성 조직인 망막은 한 층의 유연하고 투명한 박막이다. 인간의 안구를 카메라에 비유하면 망막은 감광판에 해당한다. 망막은 감광 및 이미지 형성을 담당한다. 망막 병변은 환자의 영구적 시력상실을 초래할 수 있다. 망막 변성 질환은 중국의 50세 이상 인구에서 발병률이 가장 높은 안과질환으로서 환자수는 3,000만 명을 초과한다. 연구팀은 유도만능줄기세포 조정배지의 혈소판유래성장인자AA(PDGF-AA), 인슐린유사 성장인자 결합단백질2(IGFBP-2) 등 인자를 유도해 대량의 고활성 망막색소상피세포를 획득할 수 있음을 발견했다. 심층 연구를 통해 환자 뇨액, 혈액의 체세포를 이용해 유도만능줄기세포로 전환시킬 수 있고 나아가 망막색소상피세포를 유도생성할 수 있음을 발견했다. 연구팀은 이들로 형성된 한 층의 매우 얇은 망막자연구조유사 편상조직을 환자의 망막 뒷면에 이식함으로써 시력 회복을 시도하였다. 유도만능줄기세포는 환자의 자가세포에서 유래한 것이므로 비자기(nonself) 세포 이식으로 인한 면역거부반응을 회피할 수 있다. 뿐만 아니라 연구팀은 완전 펨토초 레이저 근시교정수술에서 박리한 렌티큘(Lenticule, 각막실질조각)을 재활용하였다. 연구팀은 망막색소상피세포를 렌티큘에 접종하고 유도만능줄기세포 조건배양액으로 배양함으로써 망막색소상피세포시트로 하여금 더 많은 줄기세포 특성 및 완비한 섬모조립 등 기능을 보유하게 하였다.

SLE치료 후보 신약 RC18 임상연구 마치고 곧 출시 예정

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2019년 7월 12일 룽창생물(榮昌生物)회사 국가 "중대신약창제" 과기중대특별프로젝트 연구팀은 Ⅱb 임상시험 데이터를 발표함과 아울러 전신성면역질환 치료 후보 신약—RC18(타이타시푸·泰它西普)이 핵심 임상연구단계 작업을 순조롭게 마치고 2019년 하반기에 신약 출시를 신청할 예정이라고 밝혔다. RC18은 세계 독창적인 신약이다. 이번 연구는 주요 임상 종말점(clinical endpoint)에 도달했고 주요 임상 지표는 기존 약물에 비해 대폭 향상되었는바 이는 전신홍반루푸스(SLE) 치료에서 거둔 획기적 성과이다. RC18은 BLyS/APRIL를 표적으로 하는 이중 표적화 바이오신약으로서 매우 중요한 의미를 지닌다. SLE는 일종의 전신성자가면역질환이다. 중국 역학조사 보고서에 따르면 SLE 유병률은 10만 명당 70명인데 전세계 500만 환자 중 중국이 약 100만 명을 보유하고 있다. 현재 임상에서 일반적으로 사용하는 약물로는 글로코코르티코이드, 면역억제제, 항말라리아제, 생물제제 등이 포함되는데 이러한 약물은 보편적으로 부반응을 동반한다. 특히 글로코코르티코이드의 장기적 사용은 인체에 매우 해롭다. SLE 새 치료약물에 대한 임상적 수요가 많은데 비해 최근년간 세계 다수 프로젝프가 실패로 끝나는 등 신약 개발은 큰 어려움을 겪고 있다. 1955년 하이드록시클로로퀸 출시 이후 미국 식품의약국은 지난 60여 년 동안 SLE 치료 신약 출시를 단 1건밖에 허가하지 않았다. 이번에 발표된 RC18은 룽창생물회사가 자체적으로 개발한 국가생물1급 신약이다. RC18은 주로 전신홍반루푸스, 류머티스 관절염 등 자가면역질환 치료에 사용된다. 현재 RC18이 획득한 임상 데이터는 세계적으로 개발 중인 SLE 치료 약물 가운데 가장 뛰어나다.

중국 첫 HPV 관련 질병 면역예방 전문가 콘센서스 발표

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2019년 7월 13일 중화예방의학회는 베이징에서 "자궁경부암 등 인유두종 바이러스 관련 질병 면역예방 전문가 콘센서스"(이하 "HPV전문가 콘센서스")를 발표했다. 이는 중국 첫 HPV 관련 질병 면역예방 분야 전문가 콘센서스이다. 2018년 5월, 세계보건기구 테드로스 아드히놈 게브레예수스 사무총장은 자궁경부암을 퇴치할 것을 전세계에 호소하였다. 중국도 객관적/체계적/전향적이며 중국 실정에 맞는 전문가 콘센서스 형성이 시급하다. 아울러 기술적 차원에서 접종의사, 질병통제 전문요원, 임상의사를 지도하여 규범적/과학적으로 자궁경부암 및 HPV 관련 질병 예방통제에 참여하며 특히 HPV 백신 접종사업을 추진하는 것이 시급해졌다. "HPV전문가 컨센서스"에 따르면 자궁경부암은 주로 고위험성 인유두종 바이러스(HPV)의 지속적 감염에 의해 초래되며 99.7% 자궁경부암에서 모두 고위험성 HPV가 검출되었다. 국제암연구기관(IARC)에 따르면 2018년 전세계적으로 새로 발견된 자궁경부암 환자는 약 57만 명이고 사망자 수는 31만여 명에 달한다. 2018년에 중국에서 새로 발견된 자궁경부암 병례는 약 11만 건이고 사망자 수는 약 5만 명에 이른다. 중국의 HPV 감염 역학적 특성은 세계적인 유행 추세와 달리 광범위하게 유행되는 HPV 16,18형 외에 HPV 52,58형이 중국 자궁경부암 환자에서 차지하는 비율이 뚜렷이 높다. 이외 중국 멀티센터, 인구집단 기반 연구에 따르면 중국 여성의 HPV 감염률은 연령에 따른 이중 피크 분포를 나타내는데 첫 번째 피크기는 17~24세이고 두 번째 피크기는 40~44세이다. 1년에 거쳐 편집된 "HPV전문가 콘센서스"는 다학문 분야를 망라시켰을 뿐만 아니라 HPV 관련 질병 예방통제와 관련한 WHO 및 기타 국가·지역의 건의를 정리했으며 현지 상황과 결합해 중국의 예방통제 전략 및 시급히 해결해야 할 연구 과제를 제기했다. 중국질병예방통제센터, 중국의학과학원 종양병원, 베이징대학 인민병원, 베이징대학 제1병원, 중화예방의학회 등 기관의 30여 명 임상의학 및 질병예방통제 전문가가 "HPV전문가 콘센서스"의 편집 및 심사를 담당하였다. 해당 콘센서스는 중국 임상의사, 질병 예방통제 및 예방접종 담당자에게 권위적 이론·실천 지침을 제공했다.

중난대학, 새 이롱 유전자 발견

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최근 중난대학 샹야(湘雅)병원 펑융(馮永) 연구팀은 중국 첫 자체적 인간 이롱(deafen) 유전자 GJB3 복제 작업에 참여한데 이어 두 번째로 새 이롱 유전자—ABCC1을 발견했다. 또한 최초로 내이(internal ear) “유출 단백질 기능장애”가 이롱을 초래할 수 있다는 결론을 내렸다. 이는 유전성 이롱 발병 메커니즘 연구에 새 방향을 제시할 전망이다. 해당 성과는 "Medical Genetics"에 온라인으로 게재되었다. 이롱은 흔히 볼 수 있는 감각장애이다. 노령화, 유전, 환경요인 등은 모두 이롱의 발생 및 진행과 직접적으로 관련된다. 그중 유전 요인 연구가 학계의 중시를 받고 있다. 단일 유전자 변이로 인한 이롱 메커니즘 규명은 유전성 이롱 환자에 대한 조기경보 발령 및 새 치료방법 개발에 도움이 된다. 연구팀은 유전성 이롱의 유전자 진단 및 분자 메커니즘 연구를 오랫동안 진행했으며 선후 2,000여 개 이롱 체계를 수집했고 20여 종 이롱 유전자의 새 발병성 변이를 감정했다. 연구팀은 생쥐 내이 혈관줄무늬 및 와축청신경 등 구조에서 ABCC1 유전자의 발현을 연구한 끝에 해당 유전자가 일부 내이 물질 유출 관여를 통해 혈-내이 격막(Blood-Labyrinth Barrier) 및 내이 미로환경 안정상태 유지에서 중요한 역할을 발휘함을 규명했다. 해당 연구는 ABCC1이 새 이롱 유전자이며 또한 내이에서 유출기능을 수행하는 이런 종류의 단백질이 이롱을 초래할 수 있음을 제안함으로써 유전성 이롱의 유전자풀을 풍부히 했다.

허페이지능기계연구소, “극미량” 혈액으로 인체 중금속 함량 검출 가능한 기술 개발

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최근 중국과학원 허페이지능기계연구소 황싱지우(黃行九) 연구팀은 약 10μL 혈액만으로 혈중 중금속 이온 함량을 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 기술을 개발해 검사에 필요한 혈액량을 기존 기술의 200분의 1로 감소했다. 이는 환자의 고통을 줄이고 검사의 선택성 및 정확성을 높이는데 중요한 의미가 있다. 해당 성과는 "Small"에 게재되었다. 생화학 지표의 정상 여부를 나타내는 혈액검사는 인체건강검진에 중요한 의미가 있지만 일반적으로 적지 않은 량의 혈액표본을 채취해야 한다. 혈중 중금속 이온 검사를 예로 들어 기존의 원자흡수법은 적어도 2ml 혈액을 필요로 하며 조작이 복잡하고 원가가 높다. 연구팀은 전계효과 트랜지스터 칩 기술을 혁신적으로 응용해 신형 칩을 설계했다. 또한 시뮬레이션 기술 및 관련 이론으로 칩 트렌치 재료의 다양한 “조립배열 방향”과 성능의 관계를 정밀하게 분석함과 아울러 해당 칩에 분자탐침을 탑재시켜 최종적으로 “초민감” 검출을 구현했다. 실험 결과, 해당 칩으로 혈중 수은 이온 함량 검사시 최소 검출가능 수준은 10nmol/L에 달했고 응답속도는 1초 미만이었다. 해당 기술은 약 10μL 혈액만으로도 혈중 수은 이온 함량의 기준초과 여부를 신속하게 검사할 수 있고 이에 필요한 혈액량은 기존 기술의 200분의 1이다. 해당 신기술을 미세전자기계시스템 등 기술과 결합시켜 혈중 다양한 생화학 지표 검사칩을 구축할 수 있기에 광범위한 응용전망이 있다. 동 기술은 혈액검사뿐만 아니라 기타 유형의 생물학적 검사 및 식품검사 등에도 응용 가능하다.

인간 초기 배아발달 히스톤 재프로그래밍 규칙 발견

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최근, 정저우(鄭州)대학 제1부속병원 쑨잉푸(孫瑩璞)/쉬자웨이(徐家偉) 연구팀, 칭화(清華)대학 생명과학학원 제웨이(頡偉) 연구팀은 공동으로 인간 초기 배아발달 히스톤 수식 재프로그래밍 규칙을 규명했고 인간 초기 배아발달 염색질의 독특한 모본으로부터 접합자 에피지놈(Epigenome)으로의 전환 형식을 발견함과 아울러 "에피지놈 재구동" 모델을 제안했다. 해당 연구성과는 "Science"에 온라인으로 게재됐다. 쑨잉푸/쉬자웨이 연구팀은 인간 초기 배아발달 및 유전병의 후대 전달 차단 분야에서 중요한 기여를 함으로써 생식의학 및 배아 착상전 유전학적 진단 과학의 발전을 추진했다. 후성유전학적 수식은 유전자 발현 제어에 참여함과 아울러 개체 발달을 제어한다. 포유동물 초기 발달 과정에서 난모세포 수정 형성은 전능성 수정란을 보유하고 있으며 또한 세포분열 및 분화 형식을 통해 착상전 포배를 형성하는데 후자에는 다기능성을 보유한 내세포집단이 포함된다. 발달 과정에서 후성유전학적 수식은 강렬한 재프로그래밍을 경과한다. 인간 난세포와 초기 배아 샘플의 희소성 및 극소량 세포 히스톤 수식 기술의 결핍으로 인간 초기 배아발달 과정에서 히스톤 수식의 재프로그래밍 규칙 및 기능은 밝혀지지 않았다. 동 연구는 인간 초기 배아 히스톤 수식 재프로그래밍 규칙을 체계적으로 분석했고 인간 특유의 히스톤 수식 동적 변화 규칙을 연구했으며 "에피지놈 재구동" 메커니즘을 규명했다. 해당 연구성과는 인간 생명 및 보조생식기술에서 배아의 초기 발달 및 제어 규칙을 인식하는데 중요한 이론적 의미가 있다.

약물의 암세포 직접 전달 달성

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최근, 저장(浙江)대학 황페이허(黃飛鶴)/마오정웨이(毛崢偉) 연구팀은 미국국립보건원(USA National Institutes of health) 위궈찬(喻國燦) 연구팀과 공동으로 초분자 폴리펩티드 구축의 새 방법을 개발했다. 해당 제어 가능한 폴리펩티드 자가조립은 다양한 형태를 보유하고 있으며 마치 광역학치료 감광제-포르피린을 탑재한 “잠수정”처럼 약물을 종양세포에 직접 전달할 수 있다. 해당 연구성과는 “Nature Communications”에 게재됐다. 폴리펩티드는 내인성 아미노산 기반 생체재료로서 양호한 생체적합성, 고효율 세포 포식성, 낮은 면역독성 등 장점을 보유하고 있기에 생물화학 분야에서 최적의 나노 기능재료로 이용되고 있다. 폴리펩티드의 친수성 말단은 종양세포 표적화 시퀀스로서 전달 방향을 확정하여 종양조직에 도달시키는데 이용되며 소수성 부분은 양친성 조립체 및 약물 탑재체를 구축하는데 이용된다. 양자는 가교화된 시퀀스와 연결된다. 시스테인 잔기가 산소에서 가열될 경우 시스틴으로 산화되어 폴리펩티드와 견고하게 결합됨으로써 정형 역할을 한다. 해당 설계를 기반으로 개발한 재료는 고온 조립, 온도 하강 후에도 조립 형태가 비교적 안정적이다. 폴리펩티드와 필러 아렌(Pillararene)으로 조성된 나노입자는 새로운 재료 구성 방식이다. 약물 피복/탑재 및 나노재료의 형태를 더욱 양호하게 제어하기 위해 연구팀은 에틸렌글리콜에 의해 수식된 필러[5]아렌(pillar[5]arene)을 도입해 조립 과정 및 조립 형태 제어에 이용했다. 5각형 고리화합물인 필러[5]아렌은 중간의 공동(Cavity)에 게스트 분자(Guest molecules)를 용납할 수 있기에 약물탑재 “화물선”은 온도 응답성을 보유한다. 획득한 초분자 폴리펩티드는 가열 후 필러[5]아렌이 친수성에서 소수성으로 변화되기에 구형(Sphere) 나노입자 구조로 변형된다. 조립 형태 조절을 통해 폴리펩티드 형태를 나노선에서 나노입자로 변화시킬 수 있기에 더욱 많은 생물실험을 수행할 수 있다. 종양세포를 살상할 수 있는 포르피린은 폴리펩티드와 필러[5]아렌의 가열 자가조립 과정에서 피복/탑재되어 구형 “잠수정”에 진입하여 “위장(Camouflage)” 형식으로 인체 장벽을 투과함과 아울러 내비게이션을 통해 종양세포를 찾아 종양세포 내부에 진입한다. 빛조사 조건에서 포르피린은 산소자유라디칼을 방출하여 세포를 파괴하며 더 나아가 세포사멸을 유도한다. 연구팀은 동물실험을 통해 해당 나노 약물을 생체적합성이 양호하고 면역독성이 낮은 광역학치료에 이용했다. 또한 초분자 수식 전략 및 폴리펩티드의 표적성을 통해 광역학치료 효율을 대폭 향상시켰다. 해당 초분자 폴리펩티드는 폴리펩티드 수식 및 종양 정밀의료 등 분야에 광범위하게 응용될 전망이다.