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- 스파이크 단백질, 적은 단백질과 접촉해도 100개의 핵을 가진 거대세포 생성
- 감염되지 않은 세포와 조직에도 심각한 손상
- 항체는 세포 융합 완전히 차단할 수 없어

코로나바이러스로 인해 세포가 융합된다.
SARS-CoV-2의 소량의 스파이크 단백질도 이미 세포 융합을 발생시킨다.

치명적 부작용 :
스파이크 단백질은 코로나바이러스가 세포에 들어가는 데 도움이 될 뿐만 아니라 감염되지 않은 세포의 융합을 유발한다는 연구 결과가 발표됐다. 가장 적은 양의 단백질과 접촉해도 최대 100개의 세포핵을 가진 변형된 거대 세포가 생성된다. 이들은 죽고 막대한 조직 손상을 남긴다. 문제는 바이러스에 대한 항체가 이러한 세포 융합을 완전히 중단시키는 것처럼 보이지 않는다는 것이다. 

▲ 감염되지 않은 세포조차도 스파이크 단백질과의 외부 접촉을 통해 융합될 수 있다. 그 결과 여러 세포핵(주황색)이 있는 거대 세포가 생성된다. © Samuel A. Theuerkauf / PEI.

왕관 모양으로 튀어나온 스파이크 단백질은 SARS-CoV-2 코로나바이러스에 대한 가장 중요한 진입구다. 단백질의 머리가 엉성하기 때문에 병원체는 우리 세포의 ACE2 수용체에 결합한다. 이것은 바이러스가 세포에 들어가 증식할 수 있는 과정을 시작한다. 이 감염은 세포에 대해 치명적으로 끝난다. 먼저 바이러스 공장으로 전환된 다음 죽는다.

바이러스 단백질 세포 융합

감염된 세포만이 죽는 것은 아니다.
파울에를리히(Paul Ehrlich) 연구소의 사무엘 토이어카우프(Samuel Theuerkauf)가 이끄는 연구팀이 발견 한 바와 같이 코로나바이러스는 감염되지 않은 세포와 조직에도 심각한 손상을 줄 수 있다. 이것은 스파이크 단백질의 ‘부작용’에 의해 가능하다. 감염된 세포의 막을 조작 할 뿐만 아니라 세포 간의 융합을 유발할 수도 있다.

이 세포 융합에서 스파이크 단백질과의 접촉은 인접한 세포의 막이 열리고 함께 녹아들게 한다. 이것은 한편으로 감염된 세포에 의해 새로 생성되어 바깥쪽으로 향한 바이러스 단백질에 의해 발생하지만 분리된 부유 스파이크 단백질에 의해 발생할 수도 있다.
소위 FFWO(fusion-from-out-without)라고 하는 경우, 분리된 단백질 입자와의 접촉만으로도 충분하다. 온전한 바이러스가 존재하지 않는데도.

이러한 바이러스 세포 융합은 홍역 바이러스, 단순 헤르페스 또는 HIV와 같은 레트로바이러스(Retrovirus) 감염에서도 발생한다.

▲ 스파이크 단백질을 사용하면 코로나바이러스가 우리 세포에 도킹한다. © NIH / NIAID.

최대 100개의 핵을 가진 거대 세포

SARS-CoV-2가 이러한 세포 융합을 유발하는지 여부와 그 효과를 알아보기 위해 Theuerkauf와 그의 동료들은 세포 배양에서 특수 형광 마커로 인간 세포에 태그를 지정했다. 불이 켜지면 세포 융합이 발생했음을 나타낸다. 연구원들은 일부 접근법에서 스파이크 단백질이 있는 캐리어 바이러스를 세포에 추가한 반면, 다른 접근법에서는 온전한 바이러스 없이 분리된 단백질 입자를 추가했다.

스파이크 단백질이 있는 가장 적은 양의 운반체 바이러스도 세포 배양에서 감염된 세포와 감염되지 않은 세포를 융합하여 죽게하는 데 충분하다. 이 융합은 표면에 ACE2 수용체가 있는 모든 세포에 영향을 미친다. 몇 나노 그램의 단백질을 첨가한 후, 그들은 몇 시간 내에 큰 융합체를 형성했다. 융합에 의해 형성된 10-100개의 세포핵을 가진 거대 세포다.

Theuerkauf와 그의 팀은 "스파이크 단백질의 융합체 형성 활동은 속도와 범위뿐 아니라 소량의 단백질이 얼마나 필요한지 에서도 놀랍다"고 썼다.

단백질과의 외부 접촉만으로도 충분

코로나바이러스는 두 번째 형태의 세포 융합에서 유사하게 효과적이다.
분리된 단백질 입자와 세포가 접촉하면 바이러스 자체에 감염되지 않았더라도 세포가 융합될 수 있었다. 연구진은 "우리가 아는 한, 우리는 SARS-CoV-2뿐만 아니라 일반적으로 코로나 바이러스에 대한 융합을 처음으로 시연하고 있다"고 말했다.

따라서 실험은 코로나바이러스가 단백질과 접촉하는 것만으로도 세포 살상 효과를 나타낼 수 있음을 보여준다. 이 융합 효과는 또한 많은 Covid 19 환자의 폐 조직에 융합된 거대 세포가있는 이유를 설명 할 수 있다. 이 현상은 이전에 다른 폐 감염에서는 발견되지 않았다고 과학자들은 설명했다.

▲ 출처: 관련 논문 Quantitative Assays Reveal Cell Fusion at Minimal Levels of SARS-CoV-2 Spike Protein and Fusion-from-Without

항체는 부분적으로만 융합을 방지한다.

코로나바이러스가 항체에 의해 공격을 받으면 어떻게 될까요?
이것은 또한 세포 융합을 중단할까? 이를 테스트하기 위해 팀은 스파이크 단백질에 대한 단일 클론 항체와 회복된 두 Covid-19 환자의 혈청에서 추출한 혼합 항체를 모두 사용했다.
결과 : 세 가지 접근법 모두 바이러스 스파이크 단백질에 의해 세포가 ‘잠금 해제’되는 것을 효과적으로 방지했다. 무력화 비율은 97~99%였다.

그러나 항체는 세포의 융합을 완전히 막을 수 없었다.
“세포-세포 융합에 대한 효과는 세 가지 접근법 모두에서 훨씬 더 낮았다”고 Theuerkauf와 그의 팀은 보고했다. 따라서 이러한 형태의 세포 손상은 면역 체계가 바이러스와 성공적으로 싸운 후에도 잠시 지속 될 수 있다.

장기적인 결과에 대한 책임이 있을까?

과학자들은 이 세포 융합이 일부 형태의 장기 covid 또는 기타 장기 효과에도 역할을 할 수 있다고 추측한다.
예를 들어 홍역 바이러스는 뇌의 바이러스 관련 융합체를 통해 뇌염과 같은 희귀한 장기 후유증을 유발하는 것으로 알려져 있다. 헤르페스에서 융합 거대 세포는 피부에 나타나고 전형적인 헤르페스 증상에 기여한다.

Covid 19 환자에서 세포 융합의 구체적인 결과는 신체의 모든 곳에서 발생하며 얼마나 오래 지속되는지 조사해야 한다.
(iScience, 2021; doi : 10.1016 / j.isci.2021.102170)

출처 : Paul Ehrlich Institute-Federal Institute for Vaccines and Biomedical Medicines

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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