많은 사람들은 화이자(Pfizer)와 모더나(Moderna)의 코로나19 백신이 출시되었을 때 처음으로 "mRNA"라는 용어에 익숙해졌다. 가장 간단한 용어로, 메신저 리보핵산(messengerribonucleic acid)을 의미하는 mRNA는 우리 몸의 세포에 특정 단백질을 만들도록 지시하는 유전 물질의 일종이다.

최근에는 mRNA 생물학 발견으로 펜실베니아 대학교의 카탈린 카리코(Katalin Karikó)와 드류 와이즈먼(Drew Weissman)이 2023년 노벨 생리의학상을 수상했다.

이 과학자들의 연구는 의심할 여지없이 대유행의 과정을 바꾼 여러 가지 성공적인 코로나바이러스 백신을 뒷받침했다. 그러나 그들의 발견은 또한 최근까지 파악하기 어려웠던 다양한 치료법의 가능성을 열었다.

mRNA의 약속

우리의 각 세포 안에는 근육과 뼈부터 효소와 호르몬에 이르기까지 모든 것을 구성하는 단백질을 생산하는 미세 기계인 리보솜이 있다.

mRNA는 DNA 염색체에 잠겨 있는 유전자 코드를 세포질, 즉 세포를 채우고 단백질이 생성되는 액체로 전달하는 중간 화학 "메시지"이다.

유전 정보를 세포에 직접 전달하는 능력은 의학의 가장 완고한 과제 중 하나였다. mRNA는 이론적으로 이를 달성하는 가장 매력적인 방법이지만 치료법으로는 거의 사용되지 않았다. 이는 우리의 면역 체계가 외부 RNA를 침입 바이러스로 착각하여 강력하고 독성이 있는 면역 반응을 일으키기 때문이다. 따라서 적나라한 mRNA를 주입하면 매우 아플 수 있다.

따라서 카탈린 카리코(Katalin Karikó)와 드류 와이즈먼(Drew Weissman)이 RNA를 보호하고 세포에 안전하게 전달할 수 있도록 지질 나노입자와 함께 면역체계에서 mRNA를 "은폐"하는 기술을 개척했을 때 이는 중추적인 역할을 했다.

코로나19 백신은 우리에게 mRNA 기술의 잠재력을 보여주었다. 시야나이트/Shutterstock

이는 우리 세포가 SARS-CoV-2(COVID를 유발하는 바이러스)의 표면에 스파이크 단백질, 단백질을 만들도록 지시하는 mRNA 코로나 백신의 길을 열었다. 이는 우리의 면역체계를 활성화하여 SARS-CoV-2가 우리 세포를 감염시키는 것을 차단하는 스파이크 방지 항체를 만든다.

그들의 발견은 이전에 치료할 수 없었던 유전병뿐만 아니라 일반적인 전염병을 치료하는 방법에 대한 새로운 가능성을 열었다.

독감 백신

인플루엔자는 매년 전 세계적으로 최대 650,000명의 목숨을 앗아간다. 현재로서는 주요 순환 균주가 확인되면 계절별 백신을 매년 생산해야 한다. 제조에는 약 6개월이 소요되며, 이때까지 원래 독감 변종이 진화했을 수 있다. 계절 백신의 효과는 기껏해야 약 60%이다.

우리에게는 더 나은 백신이 필요하며 mRNA 기술은 현재 인간 임상 실험을 진행 중인 여러 후보와 함께 보편적인 인플루엔자 백신의 잠재력을 제공한다. 백신이 성공한다면 현재의 계절성 주사를 대체할 수 있다.

mRNA 백신은 헤마글루티닌이라고 불리는 인플루엔자 단백질의 특정 부분을 기반으로 하며, 세포가 이를 기억하도록 교육하여 많은 인플루엔자 변종에 걸쳐 광범위한 면역을 유도한다. 이 백신에서 헤마글루티닌은 코로나 백신의 스파이크 단백질과 동등한 표적이다.

암 치료

암을 표적으로 삼는 것은 mRNA 기술의 또 다른 유망한 방법이며, mRNA 기반 암 면역요법은 이미 시험 단계에 있다.

한 가지 기술은 mRNA를 사용하여 개별 환자의 종양 세포에서 식별된 "신생항원"(종양 세포 표면에 있는 짧은 종양 단백질 조각)을 모방한다. 일단 환자의 면역체계에 전달되면 환자의 신체는 세포독성 T 세포라고 불리는 강력한 킬러 세포를 생성하여 강력한 항종양 면역 반응을 이끌어내야 한다.

mRNA 기술은 암 치료에 다양한 응용이 가능하다. 피즈케스/Shutterstock

키메라 항원 수용체 T 세포(CAR-T) 치료법은 특정 형태의 백혈병을 치료하기 위해 현재 전 세계에서 사용되고 있는 암 면역요법의 한 형태이다. 이 방법은 실험실에서 유전적으로 변형된 T세포라는 면역 세포를 사용하여 암세포를 보다 효과적으로 찾아 파괴하도록 돕는다.

전통적으로 CAR-T 치료법은 환자의 T세포를 백혈구에서 채취해 변형한 뒤 환자에게 다시 주입하는 방식으로 이뤄졌다. mRNA 기술을 사용하면 CAR 유전자를 혈류의 T 세포에 직접 전달함으로써 시간이 많이 걸리고 가장 비용이 많이 드는 단계를 제거할 수 있다.

유전질환

mRNA 기술은 또한 일부 유전병에 대한 우리의 반응을 변화시키고 있다. 유전성 혈관부종은 환자가 장기와 조직에 심각하고 반복적인 부종을 겪는 드물고 잠재적으로 치명적인 유전 질환이다.

과학자들은 KLKB1이라는 특정 간 유전자가 이러한 부기 발작을 촉발한다는 사실을 발견했다. 연구자들은 문제가 되는 유전자를 유전적으로 편집하고 결과적으로 "침묵"시키는 시스템으로 mRNA를 개발했으며 초기 결과는 환자에게 긍정적이었다.

간 유전자 트랜스티레틴을 편집하기 위해 mRNA를 사용한 유사한 실험에서는 신경과 심장에 영향을 미치는 ATTR 아밀로이드증이라는 생명을 위협하는 유전 질환을 앓고 있는 환자의 증상을 완화했다.

앞으로 나아갈 길

mRNA 기술을 기반으로 한 치료법은 아직 초기 단계에 있으며 장애물이 남아 있다. 예를 들어 mRNA는 세포 내에서 수명이 짧고 단백질은 짧은 시간 동안만 만들어진다. 세포 내 mRNA의 수명을 늘리면 필요한 mRNA의 양(복용량)이 줄어든다. 과학자들은 이에 대해 연구하고 있으며 몇 가지 방법이 가능성을 보여주었다.

이러한 경고를 제쳐두고, 유전 정보를 세포에 직접 전달하는 능력은 의료 치료의 새로운 개척지가 될 수 있다.