바이러스 유사 입자

바이러스 유사 입자(Virus-like particle, VLP)는 바이러스와 매우 유사하지만 바이러스 유전 물질을 포함하지 않으므로 비감염성인 분자이다. 이들은 자연적으로 발생하거나 바이러스 구조 단백질의 개별 발현을 통해 합성될 수 있으며, 이 단백질은 바이러스 유사 구조로 자가 조립될 수 있다. 서로 다른 바이러스의 구조 캡시드 단백질 조합을 사용하여 재조합 VLP를 만들 수 있다. 생체 내 조립(즉, 여러 단백질의 재조합 동시 발현을 통한 대장균 박테리아 내부에서의 조립)과 생체 외 조립(즉, 이전에 정제된 단백질의 화학량론적 양을 사용하는 반응 용기 내에서의 단백질 자가 조립) 모두 바이러스 유사 입자를 형성하는 것으로 성공적으로 나타났다. B형 간염 바이러스(HBV)에서 유래하고 작은 HBV 유래 표면 항원(HBsAg)으로 구성된 VLP는 1968년 환자 혈청에서 기술되었다. VLP는 파르보바이러스과 (예: 아데노 관련 바이러스), 레트로바이러스과 (예: 인간면역결핍 바이러스), 플라비바이러스과 (예: C형 간염 바이러스), 파라믹소바이러스과 (예: 니파) 및 박테리오파지 (예: Qβ, AP205)를 포함한 다양한 바이러스 계열의 구성 요소로부터 생산되었다. VLP는 박테리아, 포유류 세포주, 곤충 세포주, 효모 및 식물 세포를 포함한 여러 세포 배양 시스템에서 생산될 수 있다. VLP는 맘마레나바이러스의 Z 매트릭스 단백질과 같은 단일 바이러스 단백질에 의해 생산될 수 있으며, 출아 활동, vRNP 억제, 미리스토일화 및 올리고머화를 조사하는 과학적 도구로 사용된다.

VLP는 자연적으로 일부 LTR 레트로트랜스포존 (오르테르바이러스목에 속함)에 의해 생성되는 구조를 나타낼 수도 있다. 이들은 결함이 있고 미성숙한 비리온으로, 때로는 유전 물질을 포함하지만 일반적으로 기능적인 바이러스 외피가 없기 때문에 비감염성이다. 또한 말벌은 숙주를 제어하기 위해 병원성 유전자(하지만 핵심 바이러스 유전자는 아님) 또는 유전자 없는 VLP를 포함하는 폴리드나바이러스 벡터를 생성한다.

응용
left|섬네일|이 다이어그램은 SARS-CoV-2 스파이크단백질을 발현하는 대리 바이러스가 스파이크 단백질을 표적으로 하여 바이러스가 숙주 세포에 침입하는 것을 막는 중화 항체의 활성을 측정하는 데 어떻게 사용될 수 있는지를 보여준다.

치료 및 영상화제
VLP는 유전자 또는 기타 치료제의 전달 시스템 후보이다. 이러한 약물 전달제는 시험관 내에서 암세포를 효과적으로 표적화하는 것으로 나타났다. VLP는 강화된 투과성 및 보유 효과로 인해 종양 부위에 축적될 수 있으며, 이는 약물 전달 또는 종양 영상화에 유용할 수 있다는 가설이 제기되었다.

백신
VLP는 백신으로 유용하다. VLP는 반복적이고 고밀도로 바이러스 표면 단백질을 발현하여 강력한 T세포 및 B세포 면역 반응을 유도할 수 있는 구조적 바이러스 에피토프를 제시한다. 입자의 작은 반경인 약 20-200 나노미터는 림프절로 충분히 배액될 수 있도록 한다. VLP는 복제할 수 없으므로 약독화 바이러스보다 더 안전한 대안을 제공한다. VLP는 B형 간염 및 인유두종 바이러스에 대한 FDA 승인 백신을 개발하는 데 사용되었으며, 상업적으로 이용 가능하다.

글락소스미스클라인의 서바릭스와 머크에서 생산하는 가다실 및 가다실-9와 같은 인유두종 바이러스 (HPV)에 대한 바이러스 유사 입자 기반 백신이 시판되고 있다. 가다실은 효모에서 발현된 HPV 유형 6, 11, 16, 18의 L1 단백질로부터 조립된 재조합 VLP로 구성된다. 이 백신은 인산수산화알루미늄으로 보강되었다. 가다실-9는 가다실에 포함된 L1 에피토프 외에 31, 33, 45, 52, 58 유형의 L1 에피토프로 구성된다. 서바릭스는 곤충 세포에서 발현된 HPV 유형 16, 18의 L1 단백질로부터 조립된 재조합 VLP로 구성되며, 3-O-데사아실-4-모노포스포릴 지질 (MPL) A와 수산화알루미늄으로 보강되었다.

말라리아를 다루는 최초의 VLP 백신인 모스퀴릭스 (RTS,S)는 EU 규제 당국의 승인을 받았다. 이 백신은 효모에서 발현되었다. RTS,S는 말라리아원충 환형포자소체 단백질의 일부를 B형 간염 표면 항원 (RTS)과 융합한 후, B형 간염 표면 항원 (S)과 결합시키고, QS-21, 리포솜, 모노포스포릴 지질 A의 조합인 AS01로 보강하였다.

백신 생산은 바이러스 균주가 시퀀싱되는 즉시 시작될 수 있으며, 전통적인 백신이 9개월이 걸리는 것에 비해 단 12주밖에 걸리지 않는다. 초기 임상 시험에서 인플루엔자 VLP 백신은 인플루엔자바이러스 A형 아형 H5N1과 1918년 인플루엔자 범유행 모두에 대한 완전한 보호를 제공하는 것으로 나타났다. 노바백스와 메디카고는 VLP 인플루엔자 백신에 대한 임상 시험을 진행했다. 노바백스를 포함한 여러 코로나19 VLP 백신이 개발 중이다.

VLP는 치쿤구니야열 바이러스에 대한 전임상 백신 후보를 개발하는 데 사용되었다.

생체 영감 재료 합성
구획화는 생물학에서 흔한 주제이다. 자연은 개별 빌딩 블록에서 자가 조립되는 계층적으로 구획화된 다성분 구조의 예로 가득하다. 자연에서 영감을 얻어 고분자, 상 분리된 미세 방울, 지질 및 단백질을 사용하는 합성 접근법은 자연 시스템의 계층적 구획화를 모방하고 기능적인 생체 영감 나노물질을 형성하는 데 사용되었다. 예를 들어, 단백질 자가 조립은 페리틴 단백질 케이지의 여러 사본을 P22 바이러스 유사 입자 내부의 더 큰 구획으로 서브 구획으로 캡슐화하는 데 사용되었으며, 이는 본질적으로 마트료시카와 같은 중첩된 케이지 내 케이지 구조를 형성한다. 저자들은 추가로 세포비오스 가수분해 효소인 β-글리코시다아제 CelB와 페리틴 단백질 케이지를 시험관 내 자가 조립 전략을 사용하여 다중 구획 세포 영감 단백질 케이지 구조를 형성하는 화학량론적 캡슐화를 시연했다. 유사한 전략을 사용하여 글루타티온 생합성 효소가 박테리오파지 P22 바이러스 유사 입자 내부에 캡슐화되었다. 별도의 연구에서는 퍼옥시다아제 유사 활성을 가진 3.5 나노미터 크기의 사이토크롬 C가 9 나노미터 크기의 Dps 단백질 케이지 내부에 캡슐화되어 세포 소기관 영감 단백질 케이지 구조를 형성했다.

지질 입자 기술
VLP 지질 입자는 막관통 단백질 연구를 돕기 위해 개발되었다. 지질 입자는 안정적이고 고도로 정제된 균질한 VLP로, 형태학적으로 온전한 관심 막 단백질을 고농도로 포함하도록 설계되었다. 막관통 단백질은 다양한 생물학적 기능에 관여하며, 기존 치료 약물의 거의 50%가 이 단백질을 표적으로 한다. 그러나 막 단백질은 소수성 도메인 때문에 살아있는 세포 외부에서 조작하기 어렵다. 지질 입자는 G 단백질 연결 수용체(GPCR), 이온 채널 및 바이러스 외피를 포함하여 다양한 구조적으로 온전한 막 단백질을 통합할 수 있다. 지질 입자는 항체 스크리닝, 면역원 생산 및 리간드 결합 분석을 포함한 수많은 응용 분야를 위한 플랫폼을 제공한다.

조립
VLP의 자가 조립에 대한 이해는 한때 바이러스 조립에 기반을 두었다. 이는 VLP 조립이 숙주 세포 내(생체 내)에서 일어나는 한 합리적이지만, 바이러스 조립 연구 초기부터 시험관 내에서 자가 조립 현상이 발견되었다. 연구는 또한 시험관 내 VLP 조립이 응집과 경쟁하며 조립이 진행되는 동안 응집 형성을 방지하기 위한 특정 메커니즘이 세포 내에 존재함을 밝혀냈다.

VLP 표면에 표적 그룹 연결하기
특정 세포 유형을 표적화하거나 면역 반응을 유발하기 위해 단백질, 핵산 또는 작은 분자를 VLP 표면에 부착하는 것은 유용하다. 어떤 경우에는 관심 단백질을 바이러스 외피 단백질에 유전적으로 융합할 수 있다. 그러나 이 접근 방식은 때때로 VLP 조립을 손상시키고 표적화제가 단백질 기반이 아닌 경우 유용성이 제한적이다. 대안은 VLP를 조립한 다음 화학적 가교제를 사용하거나, 반응성 비자연적 아미노산 또는 SpyTag/SpyCatcher 반응을 사용하여 관심 분자를 공유 결합적으로 부착하는 것이다. 이 방법은 부착된 분자에 대한 면역 반응을 유도하는 데 효과적이며, 높은 수준의 중화 항체를 유도하고 VLP에 표시된 자가 단백질에 대한 내성을 깨뜨릴 수도 있다.

 각주 

 외부 링크 
 

분류:바이러스 구조 단백질