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하이델베르그 소재 EU 미생물 연구소 보고.
SARS-CoV-2에 감염된 후 세포 내부의 근본적인 재구성이 발생.
감염 후 6시간이면 세포 내부에서 감지. 이후 몇시간에 바이러스 공장 구축.
미토콘드리아도 크게 변해.

코로나바이러스가 세포를 변화시키는 방법
SARS-CoV-2에 감염된 후 세포 내부의 근본적인 재구성이 발생한다.

과감한 리모델링 :
SARS-CoV-2 코로나바이러스가 우리 세포에 침투하면 급격한 리모델링 프로세스가 시작된다. 바이러스는 세포내 막(membrane) 네트워크의 일부를 가로채 수많은 소포를 형성한다.
여기에서 바이러스는 RNA를 복제한 다음 바이러스 외피를 위해 세포막 부분을 사용한다. 이러한 바이러스 증식 소포는 의도하지 않은 세포 구조의 일부에 의해 보호된다. 

▲ 코로나 바이러스는 세포 내부를 완전히 재건하고 무엇보다도 막으로 코팅된 수많은 "바이러스 공장"(빨간색)을 형성한다. © Julian Hennies / EMBL

SARS-CoV-2 코로나바이러스가 우리 조직과 기관에 미치는 피해는 이제 비교적 잘 알려져 있다. 최근 몇 달 동안의 연구에 따르면 이 바이러스는 호흡 기관과 폐, 심장, 장 및 뇌의 세포를 직접 공격한다. 이 감염은 세포의 특정 죽음으로 끝난다. 먼저 바이러스 공장에서 기능이 바뀐 다음 세포 자살로 보내진다.

그러나 영향을 받은 세포에서는 어떻게 될까?
하이델베르그 대학의 미르코 코르테스(Mirko Cortese)와 그의 동료들이 최근 이것을 발견했다. 이를 위해 팀은 이온 빔 전자 현미경과 전자단층 촬영을 포함한 최첨단 이미징 방법을 사용해 감염에서 사망까지 세포의 변화를 추적하고 3D 재구성으로 매핑했다.

납치한 막으로 만든 바이러스 공장

분석 결과 코로나바이러스는 적절한 ‘복제 용기를 만들기 위해 우리 세포의 내부 구조를 근본적으로 재구성한다. 이를 위해 바이러스는 세포핵을 둘러싸고 세포 내부에 침투하는 막으로 둘러싸인 세관과 물통의 시스템인 소포체(ER)의 막을 가로챌 수 있다. 이로부터 바이러스는 거의 300nm(나노미터) 크기의 거품을 생성하고 이중 막에 싸여 있다.

연구자들의 보고처럼, 이 거품은 감염 후 단 6시간 만에 세포 내부에서 감지 될 수 있다.
다음 몇 시간 동안 거품이 자라서 부분적으로는 서로 연결되고 부분적으로는 ER에 연결된 전체 바이러스 공장 클러스터를 형성한다.
Cortese와 그의 동료들은 "이 소포의 내부에는 이중 가닥 RNA의 형태로 바이러스 복제의 중간 단계와 완전히 합성된 RNA 가닥이 포함되어 있다. 이는 이러한 소포가 바이러스 유전 구성 부위임을 증명한다"고 말했다.

골지체와 미토콘드리아도 영향을 받았다.
그러나 기록이 밝혀지자 SARS-CoV-2는 다른 세포 구조를 탈취했다.
딸 바이러스의 외피를 생산하기 위해, 그것은 무엇보다도 세포 대사를 위한 분비물을 생성하고 막으로 덮인 소포로 방출하는 세포 소기관인 골지기구를 오용한다.
그러나 바이러스에 감염된 세포에서 골지체는 대신 바이러스 함량이 있는 소포를 형성한다. 

▲ 여기에 표시된 거의 모든 세포 구성 요소는 소포체 (5,8), 골지 장치 (6), 미토콘드리아 (9) 및 세포 골격 (7)을 포함하여 SARS-CoV-2에 의해 납치되고 리모델링된다. © Kelvinsong/ gemeinfrei

세포의 발전소 미토콘드리아도 크게 변했다. 

그들은 그들의 위치에서 옮겨져 새로운 코로나바이러스가 발생하는 세포 영역의 가장자리에서 수집된다. 또한 내부 구조와 모양이 변경되어 더 얇고 빈 공간이 더 많이 보인다.
연구진은 "함께 이것은 미토콘드리아 형태와 기능의 심각한 파괴를 의미한다. 이것은 아마도 SARS-CoV-2로 인한 세포 에너지 균형의 손상을 반영할 것이다"고 연구원들은 말했다.

단백질 필라멘트로 만든 보호 케이지(cage)

그러나 그게 다가 아니다. 분석 결과에 따르면 코로나바이러스는 자체 목적으로 세포 골격을 변환하기도 한다. 이에 따르면, 복제 거품이 모이는 세포 영역은 얽힌 단백질 필라멘트의 틀로 둘러싸여 있다. 단백질 비 멘틴의 이러한 안정한 복합체는 바이러스 공장 주변에 우리와 같은 틀을 형성한다. 지금까지 이러한 필라멘트 케이지는 Zika 바이러스에서 알려졌지만 코로나바이러스에는 처음이다.

"이러한 중간 필라멘트는 선천적인 면역 방어와 세포의 항바이러스 반응에 중요한 역할을 한다"고 과학자들은 설명한다. "이것은 SARS-CoV-2에 의해 유도된 비멘틴(Vimentin) 케이지(cage)가 세포 방어 시스템의 센서가 바이러스 복제 부위에 도달하는 것을 차단할 수 있음을 시사한다.”

▲ 출처: 관련 논문

추가 연구를 위한 출발점

요약하면, 이러한 관찰은 코로나바이러스가 우리 세포를 얼마나 많이 변화시키고 있는지를 보여준다. 세포 기계를 사용해 유전 물질을 복제하는 것이 아니라 전체 세포 내부를 바이러스 공장으로 전환한다. "우리의 연구는 SARS-CoV-2의 복제주기와 궁극적으로 세포의 죽음으로 이어지는 세포 소기관의 변화에 ​​대한 포괄적인 3차원적 통찰력을 제공한다"고 Cortese와 동료들이 말했다.

그들은 항바이러스 요법에 중요한 이러한 결과를 다른 연구팀에서 사용할 수 있도록 데이터와 모든 3D 구조 정보를 완전히 게시했다.
하이델베르그에 있는 EMBL(European Molecular Biology Laboratory)의 공동 저자 Yannick Schwab은 “이러한 방식으로 SARS-CoV-2와 호스트 간의 상호 작용을 해독하려는 글로벌 노력을 지원할 수 있다”고 말했다.
(Cell Host & Microbe, 2020; doi : 10.1016 / j.chom.2020.11.003)
출처 : EMBL (European Molecular Biology Laboratory)

[더사이언스플러스=문광주 기자] "No Science, No Future"

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