세포 침투의 열쇠. 코로나19 스파이크 단백질
코로나19 바이러스에 대한 뉴스가 쏟아지고 있습니다. 이런 뉴스를 잘 이해하고, 세상과 발맞추기 위해서는 코로나19 바이러스가 무엇인지 관심을 가질 필요가 있습니다. 바이러스, 면역, 치료제, 그리고 백신을 이해하기 위해 포스팅을 이어오고 있습니다. 이 포스팅에서는 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질이 무엇인지, 왜 세포 침투의 열쇠라고 하는지에 대해 살펴보도록 하겠습니다. 코로나19 극복을 위해 바이러스를 이해하고 바이러스를 대비할 수 있는 기회가 되길 바랍니다.
글의 순서
코로나 바이러스 스파이크 단백질과 변종
코로나19 바이러스 스파이크 단백질
우리의 세포막에 있는 ACE2 수용체
코로나19 바이러스가 세포로 들어가는 과정
코로나 바이러스 스파이크 단백질과 변종
코로나 바이러스의 코로나는 라틴어로 왕관이란 뜻입니다. 동그란 공 모양에 나있는 돌기가 마치 왕관을 닮았다고 해서 붙여진 이름입니다. 이 돌기를 영어로는 스파이크(Spike)라고 합니다. 이 스파이크는 당-단백질 복합체(글라이코프로틴, glycoprotein)로 구성되어 있습니다.
당-단백질은 문자 그대로 단백질 (protein)에 탄수화물이 결합되어 있는 것을 의미합니다. 코로나 바이러스와 같이 세포막의 외부에 존재하는 단백질은 대부분 당단백질 상태로 존재합니다. 코로나 바이러스가 처음으로 등장한 1937년 무렵에는 닭의 호흡기 질환을 일으킬 정도의 독성을 가지고 있었습니다. 그런데 그 바이러스들의 유전자 체계가 불안하다 보니, 돌연변이가 일어나서 사람에게까지도 옮겨지게 되었습니다. 사람에게까지 감염되게 하는 핵심이 바로 이 당-단백질 복합체(글라이코프로틴, glycoprotein)인 스파이크 단백질입니다.
바이러스들이 유전자 체계가 불안하다는 것은 변이가 발생할 가능성이 많다는 것입니다. 스파이크 단백질의 유전자에 변이가 발생하면 변종 바이러스가 등장하게 됩니다. 우리 인간을 포함한 모든 생명체들이 진화하고 있는 것처럼 바이러스도 진화하고 있습니다. 2000년대에 발생했던 사스 코로나 바이러스(SARS-CoV), 메르스 코로나 바이러스(MERS-CoV), 그리고 코로나19 바이러스(SARS-CoV2)의 경우를 볼 때, 코로나 바이러스의 전염성과, 독성도 강해지고 있는 추세입니다.
코로나19 바이러스 스파이크 단백질
스파이크 단백질을 좀 더 자세히 살펴보겠습니다. 이 스파이크 단백질을 확대해서 보면, 마치 나무처럼 생겼습니다. 공 모양의 세포막에 붙어있는 스파이크는 마치 나무가 바이러스 표면에 뿌리를 박고 있는 것처럼 보입니다. 그림에서 보시다시피 바이러스 세포막에는 많은 나무들이 뿌리를 내리고 있습니다.
나무의 줄기부분은 유연한 관절을 가진 것처럼 작동합니다. 나무의 윗부분인 나뭇가지와 이파리는 우리 몸의 세포에 침투하기 위한 수용체 결합 부위 영역(RBD, Receptor Binding Domain)입니다. 코로나19 바이러스의 수용체 결합 부위(RBD)가 우리 몸의 세포를 열고 들어가는 열쇠에 해당하는 부분입니다. 수용체 결합 부위(RBD)에서 나뭇잎에 해당하는 것들이 우리 몸의 면역 방어 시스템으로부터 바이러스를 보호하고 있습니다.
코로나19 바이러스의 스파이크 단백질은 우리 세포막에 있는 수용체와 잘 결합할 수 있게 변이가 된 것입니다. 그런데 나무 줄기와 가지에 해당하는 부분이 마치 관절이 있는 것처럼 작동하여 세포막에 한꺼번에 여러 나무가 닿을 수 있게 되어 있습니다. 바이러스가 스스로 살아남기 위해 자기 자신을 변화시켜 왔는지를 보여주고 있습니다. 바이러스는 진화를 거듭해오고 있다는 것입니다.
우리의 세포막에 있는 ACE2 수용체
좀 전에 수용체 결합 부위(RBD)라는 용어가 나왔는데요. 수용체는 세포막 또는 세포질에 존재하는 구조체입니다. 수용체는 세포 밖에서의 물질이나 물리적 자극을 알아챈 후에 세포가 특정한 반응을 일으키게 하는 역할을 합니다.
우리 몸의 세포가 코로나19 바이러스에 반응하게 하는 수용체는 세포막에 있는 안지오텐신 전환효소 2(ACE2, Angiotensin Converting Enzyme 2)입니다. 지금부터는 간단히 ACE2라고 쓰겠습니다. ACE2 라는 수용체는 호흡기 세포에 많이 분포하고 있습니다. 그래서 코로나19 바이러스에 감염되면 기관지와 폐가 아픈 사람들이 많은 것입니다.
코로나19 바이러스가 세포로 들어가는 과정
코로나19 바이러스 스파이크 단백질의 수용체 결합 부위(RBD)에서 나뭇잎에 해당하는 것들이 우리 몸의 면역 방어 시스템으로부터 바이러스를 보호하고 있다고 말씀드렸는데요. 스파이크의 이파리에 해당하는 부분이 ACE2 효소에 붙으면, 그 이파리들은 잘려지게 됩니다. 그래서 결국 우리 몸의 세포에 침투하는 부분은 잎이 없는 가지 부분이라고 보시면 됩니다.
여기까지의 내용을 바탕으로 코로나19 바이러스가 세포로 들어가는 과정을 간단히 요약할 수 있습니다. 코로나19의 스파이크 단백질은 우리 세포 표면에 나와 있는 ACE2라는 수용체에 가서 붙습니다. 그 후 바이러스는 ACE2에 붙은 상태로 세포 안으로 들어갑니다. ACE2 효소가 바이러스를 안고 세포 속으로 풍덩 빠지듯 들어가는 것입니다. 이것은 바이러스가 세포막에 직접 융합되어 침투하는 형태에 해당합니다.
마치며 …
이번 포스팅에서는 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질이 무엇인지, 왜 세포 침투의 열쇠라고 하는지에 대해 살펴보았습니다.
코로나 바이러스의 코로나는 동그란 공 모양에 나있는 돌기가 마치 왕관을 닮았다고 해서 붙여진 이름입니다. 이 돌기를 영어로는 스파이크(Spike)라고 합니다. 이 스파이크는 당-단백질 복합체(글라이코프로틴, glycoprotein)로 구성되어 있습니다. 이 복합체 부분이 유전적으로 불안정하다보니 돌연변이가 자주 일어납니다. 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질은 우리 세포막에 있는 ACE2라는 수용체와 잘 결합할 수 있게 변이가 된 것입니다.
코로나19의 스파이크 단백질은 우리 세포 표면에 나와 있는 ACE2라는 수용체에 가서 결합하고 나면, 풍덩 빠지듯이 ACE2 수용체와 함께 세포 속으로 들어가게 됩니다. 바이러스가 세포막에 직접 융합되는 형태에 해당합니다.
여기까지, 코로나19 바이러스 스파이크 단백질이 세포 침투에 어떤 역할을 하는지, 어떤 과정으로 세포 속으로 들어가는 지를 알아보았습니다. 코로나19 극복을 위해 바이러스를 이해하고 바이러스를 대비할 수 있는 기회가 되길 바랍니다.
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2. 코로나19 극복을 위한 지식 : 코로나 바이러스의 정체
3. 코로나19 극복을 위한 지식 : 바이러스가 세포에 침투하는 방법
참고자료
[1] 제29강: 미국의사의 코로나바이러스에 대한 의견, DR. Ezra Hangjun Jang 장항준 내과TV
[2] [네이버 지식백과] 당단백질 [glycoprotein] (분자·세포생물학백과)
[3] [다큐플렉스] 나무처럼 생긴 바이러스, 바이러스의 열쇠 ‘스파이크 단백질’ MBC 201119 방송
[4] 제41강:ACE2를 공격하는 코로나 바이러스에 걸렸더니, DR. Ezra Hangjun Jang 장항준 내과TV