미국 인디애나 대학 (Indiana University)과 몬태나 주립대학 (Mantana State University)의 생물학자들은 HIV와 에볼라와 같은 바이러스와 화산지역 온천지역에서 자라고 있는 고세균 (archaea)이라고 불리는 조직에 감염되는 바이러스 사이에 놀랄만한 연관성이 있다는 사실을 발견했다. 고세균과 인간 사이의 환경과 20억 년이라는 진화시간 차이에도 불구하고 이 바이러스는 감염된 세포에서 탈출하기 위해서 동일한 단백질군을 납치하게 된다.

식물과 동물을 포함하는 진핵생물과 세포구성에서 확실한 핵을 갖지 않고 있는 미생물인 고세균에서 바이러스들은 ESCRT라 불리는 새로 생기는 바이러스 입자가 세포막을 뚫고 나오는데 관여하는 단백질군(Endosomal Sorting Complexes Required for Transport)과 협력한다. 이들 연구자들은 미국의 옐로우 스톤 (Yellowstone National Park) 국립공원과 같은 화산 온천지역에서 발견되는 호열성생물 (thermophile)이라 불리는 고세균의 한 형태인 ‘설포로버스 솔파타리커스 (Sulfolobus solfataricus)’에 감염되는 바이러스인 STIV 혹은 고온성 고세균을 기주로 하는 바이러스 (Sulfolobus turreted icosahedral virus)를 연구했다. 호열성 생물은 극도로 뜨거운 환경에서도 살아남을 수 있는 미생물이다. 연구자들은 인간에 감염되는 바이러스처럼 STIV가 자신의 생명의 한 주기를 완결하기 위해서 숙주의 ESCRT 기제에 의존한다는 사실을 알게 되었다.

IU의 분자 및 세포생화학과 및 생물학과의 교수인 스티븐 벨(Stephen D Bell)은 “이번 새로운 연구결과는 숙주와 바이러스 사이의 관계의 진화를 보여주는 것이며 좀 더 중요하게는 어떻게 바이러스가 납치하고 세포 기제를 활용하는가를 알 수 있는 새롭고 간단한 모델 시스템을 제공해주고 있다”고 말했다. 벨은 학술지 <Proceedings of the National Academy of Sciences>에 발표된 논문의 공동저자이기도 하다. 연구자들은 STIV와 ESCRT 사이의 상호작용과정을 이중혼합 스크리닝 (two-hybrid screening)이라 불리는 분자생물학의 기술을 이용해서 조사했다. 바이러스의 단백질 (주요한 캡시드 단백질 B345와 바이러스 단백질 C92)이 ESCRT 단백질 (SSO0619와 SSO0910)과 상호작용하는 지점에서 두 개의 사례를 발견한 후에 부가형광현미경과 투과전자현미경 (epiflouresence microscopy and transmission electron microscopy)을 이용하여 어디에 정확하게 ESCRT 단백질이 STIV에 감염된 세포에 결합하는가를 조사했다.

부가형광 현미경은 STIV에 감염된 S. 솔파타리커스 세포에서 ESCRT 단백질 Vps4의 지점을 발견했지만 감염되지 않은 세포에 대한 분석에서는 Vps4가 발견되지 않았다. 투과전자현미경을 통한 조사에서 연구자들은 Vps4가 일곱 면의 피라미드와 같은 구조에 집중되고 바이러스 단백질인 C92가 발현될 때 일어나는 세포파괴를 바이러스가 일으키기 전에 S.솔파타리커스의 세포막에서 형성된다는 것을 발견했다. C92가 억제된 유사한 세포에서는 Vps4의 집중현상이 일어나지 않았다. 이번 연구를 통해서 Vps4는 바이러스가 결합하는 지점에 나타나고 이 일곱 면의 피라미드 형태의 구조는 S 솔파타리커스 호열성 생물에서 나타난다. 중요하게 다른 과학자들은 진핵 ESCRT 기제의 Vps4 단백질이 HIV가 인간에게 결합하는 지점에서 집중된다는 사실을 보여준 바 있다.

벨은 “ESCRT 기제는 STIV의 생물학적 과정에서 두 가지 역할을 한다고 생각된다. 첫 번째, 바이러스 B345 단백질과 숙주 단백질인 SSO0619 사이의 상호작용을 통해서, ESCRT는 STIV 바이러스 입자의 구성을 돕는다. 두 번째, C92와 ESCRT의 Vps4 단백질에 의해서 형성되는 피라미드형 구조 사이의 강력한 연관성을 통해서 우리는 ESCRT 기제가 이 피라미드형 탈출구조를 열어서 세포가 파괴되고 바이러스의 후손들을 배출하는데 중요한 역할을 한다는 가설을 만들게 되었다”고 말했다. 식물과 동물의 ESCRT 기제가 세포분화에 중요한 역할을 하는 것처럼, 벨의 실험실에서는 이전에 아직 덜 복잡한 고세균의 ESCRT 구조에서도 유사한 현상이 일어난다는 것을 보여준 바 있다.
또한 좀 더 중요한 것은 진핵생물과 고세균의 ESCRT 기제는 바이러스에 의해서 협력관계를 이룬다는 사실이라고 벨은 지적했다. 벨은 “이러한 공통점은 세포의 ESCRT가 오래된 형태이며 고세균과 진핵생물이 분화되기 전에 진화된 것임을 보여준다”고 벨은 말했다. 과학자들은 고세균의 역사가 37억년 정도 된 것으로 보고 있으며 가장 오래된 진핵생물의 화석은 17억년 전의 것이다.

출처: ‘사이언스 데일리’ 2013년 6월 10일
원문참조:
1. Jamie C. Snyder, Rachel Y. Samson, Susan K. Brumfield, Stephen D. Bell, and Mark J. Young. Functional interplay between a virus and the ESCRT machinery in Archaea. PNAS, June 10, 2013 DOI:10.1073/pnas.1301605110

130610192614-large.jpg

http://www.sciencedaily.com/releases/2013/06/130610192614.htm