KAIST, 노화·비만에도 잘 작동하는 mRNA 플랫폼 개발

KAIST-가톨릭대, mRNA 의약품 성능 높이는 설계 기술 제시 고령·비만 등 산화 스트레스 높은 생체 환경에서도 치료 향상 차세대 RNA 백신·치료제 개발의 핵심 플랫폼 기술로 활용 기대 다중 바이오 빅데이터 분석 기반 mRNA 의약품 설계(AI생성 이미지).KAIST 제공 고령층이나 비만 환자에게도 효능이 유지되는 차세대 mRNA 플랫폼이 국내에서 개발됐다. KAIST는 바이오및뇌공학과 이영석 교수와 가톨릭대학교 남재환 교수 공동연구팀이 mRNA의 핵심 조절 영역인 ‘5′ 비번역 영역(5′UTR)’ 서열을 정밀 설계한 새로운 mRNA 플랫폼을 개발했다고 10일 밝혔다. mRNA 백신은 세포가 특정 단백질을 만들도록 유전 정보를 전달해 치료 효과를 내는 방식으로 작동한다. 이 가운데 ‘5′ 비번역 영역은 mRNA에서 단백질 생산을 시작하고 효율을 조절하는 구간으로, 이 부분의 설계에 따라 단백질의 생성 양과 속도가 달라질 수 있다. 연구팀은 이 구간을 새롭게 설계함으로써 치료 단백질 생성 효율을 높이고 기존에 고령 및 비만 환경에서 효능이 떨어지던 한계를 극복했다. 노화·비만 상태에서는 세포가 스트레스를 많이 받아(산화 스트레스) 단백질을 만드는 능력이 떨어질 수 있다. 생물정보학을 활용한 mRNA 의약품 설계 및 검증 모식도.KAIST 제공 연구팀은 방대한 바이오 데이터를 분석해 다양한 세포 환경에서도 단백질이 더 효율적으로 만들어지도록 하는 5′UTR 서열을 찾아냈다. 이 과정에서 유전자 활성도를 분석하는 대규모 조직 전사체 분석(RNA-seq), 개별 세포 수준의 유전자 발현을 확인하는 단일세포 전사체 분석(scRNA-seq), 실제 단백질 생성 효율을 측정하는 리보솜 프로파일링(Ribo-seq) 등 다양한 분석 기법을 활용했다. 이를 통해 찾아낸 단백질 생산 능력이 뛰어난 5′UTR 서열을 적용한 새로운 mRNA 치료제를 노화·비만 전임상 모델에 적용한 결과, 세포에서 만들어지는 단백질의 생산력과 면역 반응이 크게 향상되는 것을 확인했다. 이번 연구는 mRNA 백신뿐만 아니라, 유전자 치료제, 면역 치료제 등 다양한 바이오의약 기술 개발에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이영석 교수는 “이번 연구는 방대한 생물 데이터를 분석해 mRNA가 단백질을 더 잘 만들도록 하는 설계 방법을 찾아낸 것”이라며 “이 기술은 특히 고령층이나 비만 환자처럼 의약품 효과가 떨어질 수 있는 환경에서도 mRNA 백신과 치료제가 잘 작동하도록 하는 데 중요한 기반이 될 것”이라고 밝혔다. 왼쪽부터 가톨릭대학교 윤수빈 박사, KAIST 조형곤 박사과정, 가톨릭대학교 남재환 교수, KAIST 이영석 교수.KAIST 제공 가톨릭대학교 윤수빈 박사와 KAIST 조형곤 박사과정생이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 유전자·세포 치료 분야의 세계적 학술지 ‘몰레큘러 테라피(IF=12.0)’에 1월 2일 온라인 게재됐다. 한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 우수신진연구 및 바이오의료개발사업, 식품의약품안전처 감염병 대응 혁신기술 지원연구, 한국보건산업진흥원 감염병 예방 치료 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.