바이오인

핵심내용

B형 간염바이러스 제거하는 신규 단백질 발굴 및 원리 규명

□ 만성 간염의 주원인인 B형 간염바이러스(HBV)를 제거하는 단백질이 새롭게 발굴됐다. 김균환 교수‧김두현 박사‧박은숙 교수(건국대학교) 연구팀이 사람의 간세포를 이용해 B형 간염바이러스를 제거하는 신규 단백질을 발견하고 그 제거 원리를 규명했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.

□ B형 간염바이러스는 만성 간염, 간경화, 간암의 주범이며, 이들은 전 세계적으로 사망률도 높다. 이 바이러스에 감염되면 우리 몸에서는 사이토카인* 등이 분비되어 바이러스를 제거한다. 이 때 사이토카인이 어떤 단백질을 통해 항바이러스 효과를 일으키는지 거의 알려지지 않았다.
   * 사이토카인: 세포로부터 분비된 후 세포 자신이나 다른 세포에 영향을 줄 수 있는 단백질로서, 인터페론, 인터루킨, 종양괴사인자 등이 포함된다.

□ 연구팀은 사이토카인(종양괴사인자 및 인터페론)에 의해 인터루킨-32라는 단백질이 만들어지고 이것이 바이러스 제거에 관여하는 일련의 원리를 발견했다.

 ㅇ 인터루킨-32는 바이러스의 전사와 복제를 직접 막아내는 강력한 항바이러스 단백질이다. 기존의 다른 인터루킨들과 전혀 다르게, 외부에 분비되기보다 간세포 내부에서 신호전달을 조절함으로서 바이러스를 제거한다는 점이 새롭게 규명되었다.

 ㅇ 이번 연구는 인터루킨-32가 바이러스성 간질환을 치료할 수 있다는 중요한 이론적 근거를 제시했으며, 향후 만성 B형 간염의 치료제 개발에 이용될 가능성이 매우 높다는 점에서 큰 의미가 있다.

□ 김균환 교수는 “종양괴사인자와 인터페론-감마가 어떤 단백질을 매개로 B형 간염바이러스를 간세포 손상 없이 제거하는 지에 대한 분자적 기전을 구체적으로 밝힌 것은 향후 만성 B형 간염치료에 큰 도움이 될 것이라 생각한다”며 “수년간 지속적인 치료제 개발에 대한 다각도 노력의 결실이 나타나고 있다”고 말했다.

□ 이 연구 성과는 과학기술정보통신부‧한국연구재단 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행되었다. 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)에 8월 16일 온라인판에 게재되었다.

상세내용

󰊱 주요내용 설명

□ 논문명, 저자정보

논문명
Intracellular interleukin-32γ mediates antiviral activity of cytokines against hepatitis B virus

저  자
김두현 박사(제1저자, 건국대학교), 박은숙 교수(제1저자, 건국대학교),
이아람(건국대학교), 박소리(건국대학교), 박용광 박사(건국대학교), 안성현 박사(건국대학교), 강홍석 박사(건국대학교), 원주희(건국대학교), 하예나(건국대학교), 제병준(건국대학교), 김동식 교수(고려대학교), 정우창 박사(고려대학교), 송문정 교수(고려대학교), 김기환 교수(가톨릭대학교), 박승화 교수(건국대학교), 김수현 교수(건국대학교), 김균환 교수(교신저자, 건국대학교)

□ 연구의 주요 내용

 1. 연구의 필요성
  ○ B형 간염 바이러스(HBV)는 만성간염, 간경화, 간암을 유발하는 원인으로 알려져 있으며, 전 세계적으로 약 4억 명이 감염되어 있다. 세계보건기구 (WHO)에 따르면 전 세계에서 매년 60만 명이 B형 간염 바이러스와 관련된 질환으로 사망한다고 알려져 있다.
  ○ 면역세포가 분비하는 인터페론* 등의 사이토카인들은 강력한 항바이러스 작용을 하며, 바이러스 감염 초기에 바이러스를 제거하는 인체 면역반응에 중요한 역할을 담당하고 있다.
     * 인터페론(Interferon): 사이토카인의 일종으로써 척추동물의 면역 세포에서 만들어지는 자연 단백질로서, 바이러스, 박테리아, 기생충, 종양 등 외부의 침입자들에 대응함.
  ○ B형 간염 바이러스의 제거는 주로 세포 독성 T 림프구 (CTL)에 의해 분비되는 항바이러스성 사이토카인에 의해 이루어지는데, 이 때, 간세포는 전혀 손상을 입지 않고 바이러스만 제거된다고 알려져 있다. 그러나 이를 매개하는 사이토카인 유도 단백질 및 그 작용 기전은 거의 규명되지 않고 있었다.

 2. 연구내용
  ○ 연구팀은 간 세포주, 동물모델 및 인간 간세포 (primary human hepatocyte)를 이용한 B형 간염바이러스 감염 모델을 만들었으며, 이를 이용하여 사이토카인 (종양괴사인자와 인터페론-감마)에 의해 발현이 유도되는 인터루킨-32의 특성과 항바이러스 효과에 대한 구체적인 작용 원리를 분자수준에서 밝혔다.
  ○ 인터루킨-32는 면역 세포에서는 만들어진 후 세포 밖으로 분비되지만, 간세포에서는 전혀 분비되지 않고 세포질에만 머무는 점을 새롭게 발견하였다. 그 결과 사이토카인에 의해 간세포 내에서 발현된 인터루킨-32가 세포내 ERK1/2 신호를 활성화 시켜 간염바이러스의 전사에 반드시 필요한 간세포 전사인자들 (Hepatocyte nuclear factors, HNFs)을 만들지 못하게 함으로써 B형 간염바이러스의 복제를 저해함을 밝혔다.
  ○ 또한, 현재까지 B형 간염바이러스 연구는 주로 쥐를 이용하여 많이 하였으나, 이번 연구를 통하여, 사람의 간과 쥐의 간에서 B형 간염 바이러스가 제거되는 기전이 완전히 다르다는 것을 밝힘으로써, 쥐를 이용한 기존의 많은 연구가 사람에게 적용될 수 없음을 보여 주었다.

 3. 연구 성과/기대효과
  ○ 연구팀은 이번 연구에서 지금까지 밝혀지지 않았던 B형 간염바이러스를 제거할 수 있는 사이토카인의 매개물질을 밝혔다. 이를 통해 만성 B형 간염 바이러스를 제거하는 데 도움을 줄 것으로 생각한다.
  ○ 이 연구를 바탕으로 인터페론-알파 및 핵산유도체를 이용한 기존의 항바이러스 치료제 외에 다른 작용 경로의 만성 B형 간염 치료제 개발에 향 후 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다.
  ○ 아직까지 B형 간염 완치제는 없는 실정이다. 이 연구는 B형 간염 바이러스의 제거기전을 밝힌 것으로, 기존 치료제의 한계성을 극복하여 만성 B형 간염의 완전한 치료제 개발에도 영향을 미칠 것으로 기대된다.

󰊳 연구 이야기

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

항바이러스 단백질에 대한 신규 물질을 발굴하고자 연구를 시작했습니다. 인터루킨-32를 세계 최초로 발견한 김수현 교수님(건국대학교)이 같은 건물에서 연구를 진행하셨기에 자연스럽게 인터루킨-32에 대한 관심이 높아졌고, 이를 B형 간염바이러스 연구에 접목시키게 되었습니다. 약 15년 동안 B형 간염바이러스 치료제, 내성 바이러스 연구, 항바이러스 후보물질 개발을 위한 핵심인자 연구를 해왔기에, 다양한 노하우들이 이번 연구에 자연스럽게 녹아들었습니다.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

B형 간염바이러스를 제거하는 사이토카인은 다수 밝혀졌습니다. 하지만 면역세포가 분비하는 종양괴사인자 및 인터페론-감마로부터 동시에 매개되어 항바이러스 효과를 보이는 물질에 대한 연구라는 점이 기존 성과들과 차별화됩니다. 또한 간암 세포주 실험과 더불어 인체 간 조직을 이용한 연구가 동시에 진행되어 임상적으로 의의가 있는 성과입니다.

□ 연구 전개 과정에 대한 소개

연구의 시작은 인터루킨-32가 바이러스를 제거한다는 사실 하나였습니다. 인터루킨-32가 B형 간염바이러스 전사인자를 제어하는 것을 발견할 수 있도록 다각도의 조언을 주신 박은숙 교수님 (건국대학교), 박용광 박사님(건국대학교)께서 많은 도움을 주셨습니다. 다양한 실험을 서포트하며 디스커션을 같이 진행해준 이아람 박사과정 학생과 박소리 박사과정 학생이 논문 마지막 출간까지 큰 힘이 되었습니다. 안성현 박사님(건국대학교), 강홍석 박사(건국대학교)가 있었기에 모자란 부분을 채울 수 있었습니다. 묵묵한 조력으로 연구 진행에 도움을 준 원주희 박사과정 학생, 하예나 석사과정, 제병준 석사과정 학생들의 도움도 있었습니다.
간암 세포주와 더불어 인체 간 조직을 이용한 연구가 특히 빛나는 연구였습니다. 한동안 인체 간 조직을 이용한 연구가 원활하지 않았습니다. B형 간염 바이러스는 살아있는 간세포에만 감염이 되므로 외과 교수님들(김동식 고려대학교 교수님, 김기환 가톨릭대학교 교수님)께서 신선한 간조직을 이용할 수 있도록 많은 도움을 주셨습니다. 또한 간 조직에 대한 해박한 지식으로 박승화 교수님 (건국대학교)께서 조직 분석을 직접 진행해 주셨습니다.
간세포 특이적인 기전을 규명한 것이 장점이 되었습니다. 학회 발표를 통해 다른 바이러스들과 인터루킨-32가 간세포에서 어떤 작용이 다른지 연구해보라는 조언을 들었습니다. 송문정 교수님 (고려대학교)과 정우창 박사님(고려대학교)께서 인플루엔자 바이러스와 단순 헤르페스 바이러스를 간세포에 감염시켜 인터루킨-32의 간세포 특이적 기전까지 규명하는 데 도움을 주셨습니다.
혼자의 힘으로는 최종 목표까지 도달이 불가능했다고 생각합니다. 좋은 연구를 마무리해서 좋은 논문에 열매를 맺자며 격렬한 응원을 해주신 지도교수님인 김균환 교수님(건국대학교)께 매우 큰 감사의 말씀을 올리고 싶습니다. 불투명한 상황들 속에서 마음이 불안정 하던 시절에도 묵묵히 옆자리에서 응원해준 아내 탁효선 박사(가톨릭대학교)에게 진심을 담은 감사의 뜻을 전합니다. 오늘의 나를 만드는 것이 다양했듯 지금의 연구도 다양한 변수가 있기에 가능했습니다.

□ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소는 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

가장 특이한 점은 사이토카인이라면 보통 주로 외분비되며 세포 사이의 면역과정에 사용되는 단백질인데, 인터루킨-32는 간세포에서 유독 세포질에 머물며 존재하는 점이었습니다. 매우 높은 농도로 세포질에 존재함에도 불구하고 세포 독성이 없는 점이 매우 특이했습니다. 사실 이 부분 때문에 초반 연구 진행에 매우 큰 어려움이 있었습니다.
재조합 인터루킨-32를 처리하여도 B형 간염 바이러스가 제거되지 않았기 때문입니다. 간세포에서 세포질에 머무는 성질을 착안하여 외분비된 재조합 인터루킨-32 보다는 세포질에 머무는 인터루킨-32에 포커스를 두면서부터 자연스럽게 장애요소가 극복되었습니다. 사이토카인이 세포질에 머물며 직접적으로 항바이러스 효과를 보인다는 새로운 가능성을 발견했다는 점이 네이처 커뮤니케이션즈에서 높은 평가를 받은 게 아닐지 조심스럽게 생각하고 있습니다.

□ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나? 실용화를 위한 과제는?

실용화가 된다면 인터루킨-32가 만성 B형 간염을 치료하는 데 사용 가능합니다. 실제로 인터페론-알파는 B형 간염바이러스를 제거하는데 약제로 사용되고 있습니다.
실용화를 위해서는 간세포에 인터루킨-32를 과발현시킬 수 있는 시스템을 연구해야 합니다. 종양괴사인자 혹은 인터페론-감마를 통한 인터루킨-32의 발현을 증가시킬 수 있는 부분에 중점적으로 연구가 필요할 것으로 보입니다.

□ 꼭 이루고 싶은 목표나 후속 연구계획은?

B형 간염바이러스는 효과적인 백신 및 여러 치료제들이 있음에도 불구하고, 아직까지 완전한 치료제가 없으며 치료가 거의 불가능한 바이러스입니다.
핵산유도체는 현재 주로 사용되고 있는 치료제이며 바이러스를 일시적으로만 줄여 주기 때문에 바이러스 변이도 종종 발생합니다. 이번 연구 성과를 더욱 응용하고, 현재 진행하는 몇몇 연구를 완성시켜 B형 간염바이러스를 완전히 치료할 수 있는 새로운 치료제의 개발에 기여하고 싶습니다.
국내에서는 B형 간염바이러스를 연구하는 연구진이 많지 않습니다. 다른 분야와 달리 인프라가 적기 때문에 국제적인 연구진의 교류가 매우 필요한 실정입니다. 2019년부터 프랑스에서 연수를 진행 할 계획을 가지고 있습니다. B형 간염바이러스가 간세포의 핵에 cccDNA를 만들어서 만성적인 감염을 지속하는데, 프랑스에서 cccDNA를 연구하고 돌아와 김균환 교수님과 B형 간염 바이러스 완치를 목표로 연구에 매진하고 싶습니다.

□ 기타 특별한 에피소드가 있었다면?

바이러스학에 관심을 가지고 난 후 처음 시작했던 연구 주제이고, 주요 기전 규명하다 어려워서 도망치려고 시도했던 주제이며, 이후 연구력을 업그레이드하게 된 주제이고, 흔들렸던 과학분야에 대한 열정을 다시금 살려준 주제입니다. 지면 관계상 다 말하지 못하는 32가지 에피소드를 가진 주제라고 생각합니다.

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