놀라운 mRNA 암 백신

단지「1년」 초고속으로 개발된 코로나 백신… 놀라운 「mRNA 백신」으로 온다 

20세기의 끝에서 21세기의 오늘에 걸쳐, 면역의 "상식"은 크게 변했다. 자연면역이 획득면역에 시동을 거는 것으로 알려지면서 자연염증이라는 새로운 개념도 더해져 제어성 T세포의 존재는 확실해졌고 mRNA 백신은 현실화됐다.

면역을 배울 때 최초로 읽어야 할 1권으로서 높이 평가된 입문서가 최신의 지견을 바탕으로 10년만에 개정.

면역이라는 지극히 복잡하고 동적인 시스템 속에서 무수한 세포들이 어떻게 협력하여 병원체를 격퇴하는가? 우리 몸을 병원체의 공격으로부터 보호하는 면역의 기본적인 구조는 어떻게 되어 있는가? 본 연재에서는, 세계 굴지의 연구자들이 풀어낸 「면역의 최전선」을 조금만 알아한다.

 *본 내용는 자연면역연구의 세계적 권위 심량 시즈오, B세포 연구의 일인자 구로사키 토모히로, T세포 연구·염증학 연구의 일인자 무라카미 마사아키 3명의 공저 『새로운 면역 입문 제 2판 면역의 기본적인 구조』(고단샤 블루 백스)를 발췌, 편집한 것입니다.

불과 일 년 만에 개발된 새로운 유형의 백신

 2019년 12월, 중국 우한시에서 원인 불명의 폐렴이 보고되었다. 그 원인은 신종 코로나바이러스에 의한 것으로 지목돼 코로나19로 명명된다. 신종 코로나바이러스는 순식간에 전 세계로 퍼져나가 팬데믹을 일으켰다.

첫 보고로부터 1년 후인 2020년 12월, 화이자사와 비온텍사가 공동으로 개발한 백신 접종이 영국에서 시작되었다. 이것이 mRNA(메신저 RNA) 백신이다. 이러한 유형의 백신으로서 첫 실용화였다. 백신 개발에 소요된 기간은 불과 1년으로 이례적으로 짧다.

왜 코로나19 바이러스의 mRNA 백신은 이런 단기간에 개발할 수 있었을까. 그것은 mRNA 백신을 질병 치료에 이용하려는 시도가 이미 1990년대부터 시작되었기 때문이다. 그중에는 mRNA 백신을 이용해 암을 치료하는 시도도 있었다.

암백신이란

암 백신에는 예방 백신과 치료 백신이 있다.
자궁경부암 백신은 암 예방 백신이다. 위암이나 대장암에 예방백신은 없는데 왜 자궁경부암에 있는지 이상하게 생각할 수 있지만 자궁경부암은 바이러스에 의해 유발된다는 것을 알고 있어 해당 바이러스에 감염을 예방함으로써 암 발생을 예방할 수 있다. 비슷한 암 예방 백신으로 간암 백신이 있어 B형 간염 바이러스 감염을 예방하고 있다.

한편 암 mRNA 백신은 현 시점에서는 암 치료 백신으로 개발이 진행되고 있다. 여러 종류의 암을 대상으로 임상시험이 시작됐으며 흑색종, 비소세포폐암, 전립선암에서 유효성이 나타났다.

코로나19 바이러스의 mRNA 백신은 이미 실용화됐고,  여러분 중 많은 분도 몇 번 맞았을 것이라고 생각한다. mRNA 백신의 기본적인 구조는 거의 동일하므로 친숙한 코로나19 백신을 예로 mRNA 백신의 구조를 알아본다.

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mRNA 백신이 작용하는 구조

고등학교에서 배우는 정도의 분자생물학 지식을 전제로 알아본다.

사용하는 mRNA는 바이러스의 스파이크 단백질을 만드는 정보를 가진 mRNA이다. 이는 목적 단백질을 만드는 유전자의 염기서열을 알면 인공적으로 만들 수 있다. 스파이크 단백질은 바이러스가 세포에 침입할 때 필수적인 도구로 면역항원(백신의 타깃)으로 삼기에 적합한 단백질이다.

근육 주사된 mRNA는 근육세포나 주위 수지상세포의 세포질에 세포막을 통과해 집어넣는다. 세포질에서는 리보솜에 의해 mRNA가 번역돼 스파이크 단백질이 만들어진다. 만들어진 스파이크 단백질은 세포질에서 효소에 의해 펩타이드로 분해돼 MHC 클래스 1분자에 올려 제시된다.

한편 세포질로 만들어진 스파이크 단백질은 세포 밖으로 배출되기도 한다. 이 유리 상태의 스파이크 단백질을 수지상세포가 먹고 펩타이드를 MHC 클래스 2분자에 올려 제시한다. 표준 1형 수지상세포라면 크로스 프레젠테이션 능력이 높고, 이 루트에서도 MHC 클래스 1분자에 펩타이드가 제시된다.

심지어 비슷한 시기 림프절 여포(B세포 영역)에도 스파이크 단백질 파편이 흘러들어갈 것이다.

이렇게 해서 획득 면역이 시동되면서 이펙터 세포가 만들어지고 그리고 기억 세포도 만들어진다.

자, 지금까지 본서를 읽어 주신 분이라면, 뭔가 부족하다는 것을 깨달았을 거라고 생각한다. 맞아, 획득 면역을 시동시키려면 수지상세포가 활성화돼야 한다. 즉 자연면역을 활성화하는 것이 필요한 것이다.

참고로 앞서 든 자궁경부암 백신은 바이러스 캡시드(껍데기)를 구성하는 단백질 자체를 면역항원으로 접종하는 유형인데, 아주반트라고 불리는 자연면역을 활성화하는 물질이 물고 있다. 그러나 mRNA 백신에서는 아주반트가 물리지 않았다.

노벨 생리의학상 수상한 돌파

여기서 1990년대까지 시대를 거슬러 올라가자. mRNA 백신을 암 치료에 사용하는 데 있어 큰 어려움이 가로놓여 있었다.

하나는, mRNA는 매우 부서지기 쉬운 물질로, 세포질에까지 무사히 전달할 수 없었던 것이다. 두 번째는 외부에서 도입한 인공 mRNA는 자연면역을 매우 강하게 활성화해 심한 염증을 유발하는 것이다. mRNA 자체에 자연면역을 강하게 활성화하는 힘이 있고 그게 너무 강렬한 게 문제였던 거다.

두 번째 문제는 2005년 펜실베이니아대에서 공동연구를 하던 칼리코 박사와 와이스만 박사가 해결했다. mRNA의 구성성분 중 하나인 우리딘이라는 물질을 슈도우리딘이라는 물질로 치환함으로써 자연면역 패턴인식 수용체에 인식되기 어렵게 된 것이다. 1장에서 살펴본 바와 같이, 세포의 내부에는 TLR3, 7, 8, 혹은 RIG-I와 같은, 침입자의 RNA를 감지하는 패턴 인식 수용체가 갖추어져 있는 것을 기억해 주었으면 한다.

단, 우리딘을 슈도우리딘으로 치환해도, 패턴 인식 수용체에 전혀 인식되지 않게 되는 것은 아니다. 자궁경부암 백신으로 무는 아주반트보다 오히려 강할 정도로 자연면역을 활성화하는 힘을 갖고 있다. 즉 자연면역도 활성화하고 바이러스 스파이크 단백질도 만드는 이상적인 mRNA를 만드는 데 성공한 것이다. 이 공적에 의해 카리코 박사와 와이스만 박사는 2023년 노벨 생리학·의학상을 수상했다.

 그럼 첫 번째 문제는 어떻게 해결됐는가. 부서지기 쉬운 mRNA를 지질 나노입자(LNP:lipid nanoparticle)로 감싸 세포질까지 손상 없이 전달하는 데 성공했다. 여기에는 많은 연구자가 연루됐다. 지질 나노입자에도 자연면역을 활성화하는 능력이 있다.

일본 현대 비지니스에서 번역 인용

https://p109.cafe24.com/

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https://blog.naver.com/i1004-/223487279505

암치료에 있어서 핵산에 대하여

https://g1004.tistory.com/

일본 암치료 정보

たった「1年」という異例の速さで開発されたコロナワクチン…驚異の「mRNAワクチン」がもたらす「がん治療」の未来（現代ビジネス） - Yahoo!ニュース.pdf

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