278: SARS 코로나바이러스2 뉴클레오캡시드 단백질과 가정 테스트 (SARS-CoV-2 Nucleocapsid and Home Tests)

Author: David S. Goodsell Translator: PDBj

SARS-CoV-2의 뉴클레오캡시드 2량체. 일정한 구조를 취하는 도메인 부분은 원자 구조를 나타내고, 구조가 정해지지 않는 영역은 모식적으로 나타내고 있다. 뉴클레오캡시드는 자홍색과 보라색, 짧은 RNA 사슬은 노란색으로 나타낸다.
SARS-CoV-2의 뉴클레오캡시드 2량체. 일정한 구조를 취하는 도메인 부분은 원자 구조를 나타내고, 구조가 정해지지 않는 영역은 모식적으로 나타내고 있다. 뉴클레오캡시드는 자홍색과 보라색, 짧은 RNA 사슬은 노란색으로 나타낸다. 고해상도 TIFF 이미지는이쪽。

COVID19(SARS 코로나바이러스 2형 감염증) 대유행이 시작된 지 얼마 되지 않아 연구자들은 이와 싸울 방법을 찾기 위해 동원되었다. 그 노력 덕분에 지금은 바이러스 확산을 막기 위한 효과적인 방법이 많이 있다. 백신은 우리를 감염으로부터 보호하고 니르마트렐비르(nirmatrelvir, 화이자의 팍스로비드(Paxlovid)에 함유된 항바이러스 활성 성분)는 감염된 사람들을 치료하는 데 활용할 수 있다. 하지만 아마도 가장 중요한 것은 감염 여부를 알기 위한 사용하기 쉬운 가정용 검사 키트가 널리 입수될 수 있게 되는 것이다. 이것은 SARS-CoV-2(SARS 코로나바이러스 2형)와의 싸움에서 중심적인 도구 중 하나이다. 이것이 있으면 언제든지 자기 자신을 검사하고 감염됐다면 격리할 수 있기 때문에 사회적 상황의 안전성에 대한 신뢰가 높아진다.

자택에서의 검사

대부분의 가정용 검사 키트는 수집한 샘플 안에 뉴클레오캡시드(nucleocapsid)가 있는지 살펴본다. 뉴클레오캡시드에는 바이러스 게놈을 비리온(바이러스 입자) 내에 감싸는 역할이 있다. 이는 SARS-CoV-2에 감염된 세포에서 대량으로 만들어지기 때문에 효과적인 검사 대상이 된다. 일반적으로 검사에서는 ‘플로스루’ 기술이 사용된다. 키트의 작은 패임에 소량의 샘플을 넣으면 분자는 뉴클레오캡시드를 인식하는 항체 (antibody)가 있는 영역을 통과한다. 이후 항체와 결합한 뉴클레오캡시드는 계속 흘러서 검사 결과가 양성이면 반응하는 선에서 포착된다. 이들 검사에서는 우리 자신이 가지고 있는 항체 등 일반적인 분자를 감지하기 위한 컨트롤도 포함되어 있지만 이는 샘플이 올바르게 수집되었는지 확인하는 것만을 목적으로 한다.

일정한 구조를 취하는 영역과 구조가 정해지지 않는 영역

뉴클레오캡시드는 많은 기능 부위를 가진 복잡한 분자이다. 어떤 부분은 접혀 바이러스 게놈 RNA의 짧은 단편을 잡는 홈을 가진 RNA 결합 도메인(RNA-binding domain, PDB 엔트리 7act)이 된다. 또 다른 부분은 접혀 2개의 뉴클레오캡시드 분자를 결합시키는 2량체화 도메인(dimerization domain, PDB 엔트리 6wji)이 된다. 단백질의 나머지 부분은 원래 구조가 정해지지 않은(disordered) 영역으로, 단백질 사슬의 양쪽 끝에 꼬리를 형성하고, 어떤 일정한 구조를 취하는 도메인끼리 연결하는 유연한 링커로 되어 있다. 이들 구조가 정해지지 않은 영역은 RNA와의 결합을 돕고 뉴클레오캡시드 2량체의 모임을 조정하여 비리온 내의 작은 공간에 DNA를 채워 넣는 더 큰 집합체를 만드는 역할을 맡고 있다.

항체 인식

SARS-CoV-2 뉴클레오캡시드(자홍색)의 다른 면에 결합한 3개의 항체 구조(파란색).
SARS-CoV-2 뉴클레오캡시드(자홍색)의 다른 면에 결합한 3개의 항체 구조(파란색). 고해상도 TIFF 이미지는이쪽。

SARS-CoV-2 가정용 검사 키트는 비강 샘플에 포함된 복잡한 생체분자의 혼합물에서 뉴클레오캡시드만을 특이적으로 인식하는 항체를 기반으로 만들어졌다. 이들 키트는 사용되는 항체가 인식하는 분자 내 부위가 상품에 따라 다르다. 이것은 별로 놀라운 일이 아니다. 왜냐하면 면역 시스템은 표적 분자의 모든 측면을 탐색하는 항체를 만들어내는 데 매우 효과적이며 검사 키트 개발자들이 사용할 수 있는 항체 후보들이 많이 있기 때문이다. 예를 들어 여기에 나타낸 그림은 뉴클레오캡시드의 RNA 결합 도메인의 다른 면에 결합한 3개의 항체 구조를 합하여 나타낸 것이다(PDB 엔트리 7cr5, 7n3c, 7sts).

구조 보기

RNA 결합 도메인

표시 방식： 정지 이미지

인터랙티브 조작이 가능한 페이지로 전환하려면 그림 아래의 버튼을 클릭하십시오. 읽기가 시작되지 않을 때는 그림을 클릭하십시오.

뉴클레오캡시드는 RNA와 단단히 결합하기 위해 몇 가지 구조적 기법을 사용하고 있다. 먼저 RNA 결합 도메인에는 긴 루프가 있는데, 이것이 꺾여 RNA를 잡고 있다. 다음으로 이 루프와 그에 의해 만들어지는 홈에는 아르기닌과 리딘의 아미노산(여기서는 보라색과 청록색으로 나타냄)이 늘어서 있다. 이들은 양전하를 띠고 있어 음전하를 가진 RNA와 상호 작용하는 데 유리하다. 이미지 아래의 버튼을 클릭하여 인터랙티브 조작이 가능한 이미지로 전환하고, 이 상호 작용에 관한 3차원적인 측면을 살펴보기 바란다. 덧붙여 이 그림에서는 RNA와 결합한 구조(PDB 엔트리 7act)와 단백질 단독의 구조(PDB 엔트리 6yi3)를 포함하고 있다.

이해를 높이기 위한 토픽

  1. 항체 그림 및 인터랙티브 조작이 가능한 그림에서 사용한 구조 중첩 좌표는 RCSB PDB 웹사이트의 Pairwise Structure Alignment 툴을 사용하여 구조를 중첩하여 작성한 것입니다. RNA 결합 도메인 정렬을 시도하고 SelectView-->Structures 메뉴에서 RNA를 표시해 보기 바랍니다.
  2. RCSB PDB 웹사이트의 Group Sequence 페이지에서 뉴클레오캡시드의 전체 구조를 볼 수 있습니다. 중앙의 링커 영역을 포함하여 몇 가지 구조가 있다는 점에 주목하십시오.

참고문헌

  1. Frank, F., Keen, M.M., Rao, A., Bassit, L., Liu, L., Liu, X., Bowers, H.B., Patel, A.B., Cato, M.L., Sullivan, J.A., Greenleaf, M., Piantadosi, A., Lam, W.A., Hudson, W.H., Orlund, E.A. 2020 Deep mutational scanning identifies SARS-CoV-2 nucleocapsid escape mutations of currently available rapid antigen tests. Cell 185 3603-3616
  2. 6yi3、7act Dinesh, D.C., Chalupska, D., Silhan, J., Koutna, E., Nencka, R., Veverka, V., Boura, E. 2020 Structural basis of RNA recognition by the SARS-CoV-2 nucleocapsid phosphoprotein. PLoS Pathog 16 e1009100
  3. Peng, Y., Du, N., Lei, Y., Dorje, S., Qi, J., Luo, T., Gao, G.F., Song, H. 2020 Structures of the SARS-CoV-2 nucleocapsid and their perspectives for drug design. EMBO J 39 e105938

이 기사는 RCSB PDB의 PDB-101로 제공되고 있는 「Molecule of the Month」의.2023년2월의 기사를 한국어로 번역한 것입니다.전재·인용에 대해서는 이용 규약을 봐 주세요.

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