단백질 합성에 필요한 유전정보 전달의 역할을 넘어, 그 자체의 2차 및 3차 구조가 생물체의 발달, 질병, 노화 등 생명 현상에 미치는 영향을 연구

RNA 안정성과 번역 효율을 개선함으로써 맞춤형 치료제 및 백신 설계뿐만 아니라 농업에서 식물의 성장 조절, 환경 복원에서 유전적 적응성 강화 등 다양한 분야에 혁신적 응용 가능성을 제공

향후 5년 : 사람 RNA 구조체에 대한 3차원 구조 규명

향후 10년 : RNA 구조체에 단백질 결합 정보의 통합을 통한, 단백질-RNA 상호작용 구조체 확립

■ RNA 구조의 화학물질 반응성 기반 생화학적 분석 기술

 - RNA 분자는 단일 가닥으로 이루어져 있지만, 자체적으로 접힘으로써 줄기-루프(stem-loop), 벌지(bulge), 슈도노트(pseudoknot)와 같은 복잡하고 다양한 구조를 형성할 수 있으며, 이러한 구조적 요소들은 각각 특정한 생물학적 기능과 밀접한 연관이 있음

 - RNA가 이루고 있는 구조에 따라 dimethyl sulfate(DMS)와 같은 화학물질에 대한 반응성이 달라지는 원리를 활용하여, RNA 분자 내에서 형성된 2차 구조를 파악할 수 있음

 - Psoralen 및 그 유도체를 사용하는 기술은 세포 내에서 서로 다른 RNA 분자 간에 형성된 장거리 상호작용을 탐지하는 데 활용되며, 이를 통해 RNA-RNA 간의 복잡한 상호작용 네트워크를 분석할 수 있음

 - 이러한 생화학적 RNA 구조 분석 방법은 원자 수준의 해상도를 제공하지는 않지만, 연구 기법이 상대적으로 단순하고 살아있는 세포 내 RNA 구조를 연구할 수 있는 장점이 있어서 다양한 방법론이 개발되어 활용되고 있음

■ RNA 구조체 데이터의 생물정보학 분석 기술

 - RNA 서열을 기반으로 고차원 구조를 예측하거나, 생화학적 분석으로 확보된 방대한 염기서열 데이터를 기반으로 RNA의 구조를 모델링하고 이를 효과적으로 시각화하기 위해 다양한 생물정보학적 분석 알고리즘의 개발이 필수적임

 - RNA 구조체 데이터를 다른 전사체 정보(예: RNA 발현량, 단백질과의 상호작용 데이터 등)와 통합 분석함으로써 RNA 분자의 장거리 상호작용이나 RNA-단백질 결합 부위와 같은 구조와 기능의 연관성을 체계적으로 파악할 수 있음

■ 구조 생물학 기술

 - 초저온 전자현미경(cryo-EM)과 핵자기공명(NMR) 분광법을 활용하여 리보스위치(riboswitch)와 같은 RNA 분자의 3차원 구조가 원자 수준에서 관찰된 바 있으며, 이러한 기술은 RNA의 구조와 기능 간의 관계를 정확히 이해하는 데 필수적임

 - 이러한 구조 생물학 기술은 생화학적 및 생물정보학적 분석으로는 확보하기 어려운 원자 수준 해상도의 RNA 구조를 제공할 수 있다는 강점이 있지만, 시간 소모가 크고 처리량이 제한적이며, 생체 내 환경에서는 적용이 어렵다는 한계가 있음

■ (기술적 니즈) 생체 내 RNA 구조체를 원래 상태 그대로 보존하면서 이를 검출할 수 있는 기술이 더욱 발전되어야 함. 또한 RNA 구조를 모델링하는 과정에 다양한 생물정보학 기법들이 도입되고 있으나, 복잡한 RNA 구조 요소 예측이 계산 비용 문제로 제한되는 경우가 있음. 현재 시판 중인 단백질 표적 저분자 약물들이 RNA 구조체와 예상치 못한 방식으로 상호작용할 수 있음이 보고되었음(Nature Chem, 2023). 약물과 RNA 구조체 간의 상호작용을 상세히 규명하여 독성과 임상시험 성공 가능성을 예측할 수 있는 기술 개발이 필요함 ■ (경제적 니즈) 효율적이고 경제적인 RNA 표적 약물 개발을 위해, RNA 구조체 정보를 활용하여 약물화 가능한 표적 정보가 확보되어야 함 ■ (사회적 니즈) 전염병 대응력을 강화할 수 있는 신속한 백신 개발 및 치료제 설계를 위해 RNA 구조체 분석 데이터가 필요함

■ 화학물질 반응성 기반 생체 내 RNA 구조체 연구 방법론은 지난 10여 년 동안 다양한 기술 개발이 이루어져 왔음. DMS를 이용한 생체 내 RNA 2차 구조체 분석 연구가 보고된 이후, 다양한 화학물질을 이용하여 RNA 구조체를 연구한 사례가 보고됨 (Nature, 2013). 세포핵 내 RNA 구조체뿐만 아니라, 최근에는 기존에 파악이 어려웠던 미토콘드리아 mRNA 구조체 연구가 보고됨(Science, 2024)

■ 숙주에 감염된 HIV-1과 SARS-CoV-2 바이러스의 RNA 게놈 분석을 통해, 이들 RNA 유전체가 두 가지 이상의 대체 구조를 형성하며, 감염된 세포에서 특정 RNA 구조를 표적으로 한 RNA 기반 치료법 개발이 가능하다는 것을 제시함(Nature, 2020; Nat Commun, 2022)

■ 특정 RNA 구조체를 표적으로 하는 물질이 개발됨. 세균의 특정 생합성 경로를 조절하는 리보스위치에 결합하여 세균의 성장을 억제하는 물질(Ribocil, DMA-155, 5FDQD, Roseoflavin 등)이 개발되었음. 현재 이들 물질의 임상시험 진행 상황에 대한 구체적인 정보는 공개되어 있지 않으나, RNA 구조체를 표적으로 하는 물질이 치료제로 적용될 가능성을 제시하고 있음

국내 연구는 mRNA 전달체 및 백신 플랫폼 개발에 중점을 두고 있으며, RNA를 구조체 관점에서 파악하는 대규모 연구는 부족함

RNA 구조체의 전반적인 이해가 깊어지면, 이를 바탕으로 RNA의 안정성을 높이는 기술 개발이 가능하며, 이는 약물 개발의 비용 절감 및 성공률 향상에 기여하고 치료제의 효과를 극대화하는 이점을 제공할 것임

RNA 구조체를 기반으로 한 정밀 치료제는 환자들에게 맞춤형 의료를 제공하는 데 기여할 수 있음

■ 기술적 개선: RNA 3차 구조 예측 정확도를 높이기 위한 AI 및 머신러닝 기반 생물정보학 도구의 개발이 필요하며, RNA-단백질 상호작용 기전을 심층 분석할 수 있는 고해상도 실험 기술의 도입이 필요함 ■ 국제 협력을 통한 연구 기반 확충: 현재 국내에서는 RNA 구조체를 대규모로 분석할 수 있는 연구팀이 부재하며, 따라서 RNA 구조체 연구를 위해서는 이러한 기술이 이미 확보된 글로벌 연구 네트워크와의 협력이 필요함

등록된 정보가 없습니다.