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뉴로필린-1은 코로나가 우리세포에 쉽게 침투하도록 돕는 단백질.
뉴로필린은 SARS-CoV-2를 신경계와 뇌로 밀수,
후각 장애와 신경학적 합병증 유발에 결정적 역할

코로나바이러스 : 세포의 새로운 문 열기
세포막 단백질 Neuropilin-1은 SARS-CoV-2의 인간 세포로의 진입을 촉진한다.

감염 도우미 :
ACE2 수용체와 보조인자 외에도 코로나바이러스가 우리 세포에 쉽게 침투할 수 있도록 하는 또 다른 단백질이 있다. 세포 표면에 이 뉴로필린-1이 있으면 바이러스가 더 효과적으로 공격 할 수 있다.
이것은 특히 점막 세포가 소량의 ACE2를 가지고 있음에도 불구하고 SARS-CoV-2에 매우 민감한 이유를 설명 할 수 있다.

▲ 우리 세포에 들어가기 위해 SARS-CoV-2는 ACE2 수용체에 결합한다. 그러나 단백질 뉴로필린도 그를 돕는 것 같다. © NIAID

코로나바이러스 SARS-CoV-2는 우리 세포에 들어가기 위해 스파이크 단백질과 함께 세포 표면의 특정 수용체에 도킹한다. ACE2 단백질에 대한 이러한 결합은 세포로의 길을 연다.
이것이 ACE2 수용체를 운반하는 조직이 특히 코와 폐의 점막뿐만 아니라 장, 신장 또는 뇌의 세포를 포함해 감염에 취약한 이유다. 또한 보조인자인 TMPRSS2 단백질이 도킹 중에 도우미 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

SARS-CoV-2가 SARS보다 훨씬 더 치명적인 이유는 무엇인가?

그러나 이제 밝혀진 것처럼 게임에는 또 다른 도우미가 있다.
이것은 뮌헨 공과 대학의 루도비코 칸투티-카스텔베트리(Ludovico Cantuti-Castelvetri)와 그의 동료들이 SARS-CoV-2가 2003년 SARS 전염병의 원인인 SARS-CoV와 어떻게 다른지에 대한 의문을 조사했을 때 발견되었다.
두 바이러스 모두 ACE2 수용체를 사용하지만 SARS는 훨씬 덜 전염성이 있고 기도 아래쪽에만 영향을 미칠 수 있지만 다른 유형의 조직에는 영향을 미치지 않는다.

답을 찾기 위해 연구원들은 두 바이러스의 스파이크 단백질을 비교해 차이점을 발견했다. "SARS-CoV-2 스파이크 단백질은 퓨린 절단 부위를 추가한 점에서 이전 친척 단백질과 다르다"고 뮌헨 공과 대학의 선임 저자 미카엘 시몬스(Mikael Simons)는 설명한다.
이 시점에서 스파이크 단백질이 펼쳐지면 특정 아미노산 서열이 드러난다.
우리는 이것이 세포의 다른 수용체, 이른바 뉴로필린에 결합할 수 있다는 것을 알고 있다.

Neuropilin-1로 더 심각한 감염

SARS-CoV-2도 이러한 추가 도킹 포인트를 사용할 수 있을까?
명확히 하려고 과학자들은 세포 배양 테스트를 수행했다.
이를 위해 ACE2와 TMPRSS2 만, Neuropilin-1 만 혹은 세 가지 수용체 모두를 운반하는 바이러스에 세포를 노출시켰다.
결과: Neuropilin-1만으로는 바이러스가 세포를 감염시킬 수 없었다.
그러나 Neuropilin이 ACE2 및 TMPRSS2에 추가로 존재했을 때 감염률은 알려진 두 개의 도킹 사이트만 있는 세포보다 훨씬 더 높았다.

▲ Neuropilin-1 단백질의 구조.© Emw / CC-by-sa 3.0

"ACE2를 세포로 들어가는 문으로 생각한다면 뉴로필린-1은 바이러스를 문으로 유도하는 요인이 될 수 있다"고 Simons는 설명한다. “ACE2는 대부분의 세포에서 매우 적은 양으로 발현된다. 따라서 바이러스가 침투할 문을 찾는 것은 쉽지 않다. Neuropilin-1과 같은 다른 요인은 바이러스를 돕는 데 필요한 것으로 보인다.”
연구진은 바이러스 부하가 매우 높을 때 ACE2 없이도 SARS-CoV-2가 세포에 침투 할 수 있다는 것을 배제하지 않았다.

문을 열어 더 많은 조직 수용을 가능케 한다.

따라서 Neuropilin-1의 도움 역할은 SARS와 달리 코로나바이러스가 다양한 조직과 기관을 공격할 수 있는 이유를 설명할 수 있다. 뉴로필린은 점막의 많은 세포와 신경계에 의해 생성되기 때문에 바이러스가 ACE2 점유 세포가 거의 없는 세포를 감염시키는 데 도움이 된다.

이것은 사망한 Covid-19 환자의 조직 샘플 검사를 통해 확인되었다.
"우리는 Neuropilin-1이 장착된 체세포가 실제로 SARS-CoV-2에 감염되었는지 확인하고 싶었고 이것이 사실임을 발견했다", Simons가 보고했다.
그러나 현재로서는 역할을 하는 분자 과정에 대해서만 추측할 수 있다.
아마도 Neuropilin-1은 바이러스를 잡아서 ACE2로 보낸다."

뇌로의 수송

뉴로필린은 또한 SARS-CoV-2를 신경계와 뇌로 밀수하여 후각 장애와 신경학적 합병증을 유발하는 데 결정적인 역할을 할 수 있다.
쥐를 대상으로 한 실험에서 뉴로필린-1이 코점막에서 중추 신경계로 유사 바이러스 나노입자를 운반할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 뉴로필린에 결합하는 이러한 바이러스 모조물을 코를 통해 동물에게 투여했을 때 몇 시간 내에 뇌의 신경 세포와 모세 혈관에 도달했다.

"우리는 실험 조건하에서 neuropilin-1이 뇌로의 수송을 촉진한다는 것을 확인할 수 있었다"고 Simons는 말했다. 그러나 이 과정이 Covid 19 환자에게도 발생할지 여부는 여전히 불분명하다.
연구원은 "대부분의 환자에서 이 수송 경로가 면역 체계에 의해 억제될 가능성이 매우 높다"고 말했다.

▲ (A) COVID-19 환자 및 비감염 대조군 (LP, 고유층, HB, 수평 기저 세포)의 정점 후각 상피 (OE)에서 S 단백질 (갈색) 및 NRP1 (라일락)의 공동 염색. (B) COVID-19 환자의 OE 세포에서 NRP1 (마젠타) 및 S 단백질 (노란색)의 공동 국소화. OLIG-2 (마젠타) 및 S 단백질 (노란색)의 공동 염색은 후기 후각 신경 전구 세포 / 새로 분화된 후각 신경 세포의 감염을 나타낸다. 막대 크기, 10 μm. 출처: 관련논문 fig4.

새로운 치료법의 시작점?

이론적으로 이 새로운 문을 열면 코로나바이러스를 막을 수 있는 새로운 접근 방식을 제공 할 수 있다. 세포 배양에 대한 첫 번째 테스트에서 항체에 의한 Neuropilin-1 차단은 SARS-CoV-2에 의한 세포 감염을 억제했다.

그러나 이 관찰이 가능한 치료가 되기 전에 많은 테스트를 수행해야 한다.
연구원들은 “뉴로필린 차단이 가능한 치료 방법이 될 수 있는지 추측하기에는 너무 이르다. 미래의 연구는 이것을 다루어야 할 것이다”고 Simons는 말했다.
(Science, 2020; doi: 10.1126/science.abd2985)

출처: Technische Universität München, Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE)

[더사이언스플러스=문광주 기자] "No Science, No future"

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