역전사 바이러스(retrovirus)가 숙주 게놈에 자신의 유전자를 삽입할 수 있는 분자적 원리는 무엇인가요?

Question

안녕하세요. HIV 바이러스로 가장 유명한 역전사 바이러스(retrovirus)가 숙주 게놈에 자신의 유전자를 삽입할 수 있는 분자적 원리는 무엇인지 궁금합니다.

Answer 1

역전사 효소와 삽입 효소, 이 두가지가 가장 핵심적으로 작용하게 됩니다.

바이러스가 숙주 세포에 침입하면, 바이러스의 RNA 게놈은 동반된 역전사 효소를 이용해 이중 가닥 DNA로 복제됩니다. 이 과정은 유전 정보의 일반적인 흐름(DNA -> RNA)을 거꾸로 하는 것이 특징이며, 최종 DNA 분자 양 끝에 긴 말단 반복 서열(LTR)이 형성됩니다.

그리고 생성된 바이러스 DNA는 삽입 효소와 함께 전통합 복합체(PIC)를 형성하여 숙주 세포의 핵으로 들어갑니다. 그리고 삽입 효소는 바이러스 DNA의 LTR 말단을 인식하여 3'-OH 기를 노출시키는 가공 단계를 거치게 됩니다.

이후 삽입 효소는 숙주 게놈 DNA의 무작위 부위를 엇갈리게 절단하고, 바이러스 DNA의 3'-OH 말단을 숙주 DNA의 5' 말단에 연결하는 가닥 전달 반응을 촉매하게 됩니다.

마지막으로, 숙주 세포의 DNA 복구 기구가 나머지 틈을 메워 바이러스 DNA를 프로바이러스 형태로 숙주 게놈에 영구적으로 통합시킵니다. 이로써 바이러스 유전자는 숙주 게놈의 일부가 되어 자손 세포에 전달됩니다.

Answer 2

역전사 바이러스가 숙주 게놈에 자신의 유전자를 삽입하는 원리는 역전사효소와 통합효소라는 두 가지 핵심적인 효소의 작용을 통해 이루어집니다. 바이러스가 숙주 세포에 침입하면 먼저 역전사효소가 바이러스 자신의 RNA 유전 정보를 주형으로 삼아 DNA를 합성하는 역전사 과정을 수행합니다. 이렇게 생성된 바이러스성 DNA는 이후 통합효소에 의해 숙주 세포의 염색체 DNA 안으로 잘려 들어가 삽입되며, 이를 통해 바이러스의 유전 정보가 숙주 게놈의 일부가 되어 영구적으로 자리 잡게 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 역전사 바이러스가 숙주 게놈에 자신의 유전자를 삽입할 수 있는 분자적 원리는 역전사 효소와 인테그레이스라는 두 가지 핵심 효소의 작용에 의한 것입니다.

우선 역전사 바이러스는 RNA 게놈을 가지고 숙주 세포에 침투하는데요, 이때 숙주 세포 안에 들어오면 바이러스가 자체적으로 가지고 있는 역전사 효소가 작용하여 바이러스의 단일가닥 RNA를 이중가닥 DNA(cDNA)로 변환합니다. 이 과정에서 RNA-의존성 DNA 중합효소 활성이 먼저 작동하여 RNA를 주형으로 DNA를 합성하며, 이어서 RNase H 활성이 RNA 사슬을 분해하고, 마지막으로 DNA-의존성 DNA 중합효소 활성이 작용하여 이중가닥 DNA를 완성합니다.

이후 인테그레이스는 바이러스 DNA의 양쪽 말단에 특정 가공을 가한 후 숙주 DNA를 절단하여 바이러스 DNA를 삽입하는데요, 인테그레이스가 바이러스 DNA의 말단에서 두 개의 뉴클레오타이드를 제거하여 점착성 말단을 형성합니다. 이어서 숙주 DNA를 절단해 끼워 넣을 수 있는 틈을 만들고, 바이러스 DNA 말단을 숙주 DNA에 연결하며, 이후 숙주 세포의 DNA 복구 효소들이 작용해 연결 부위를 매끄럽게 처리하면서, 바이러스 DNA는 완전히 숙주 게놈 속에 통합되는 것입니다. 감사합니다.

Answer 4

안녕하세요.

역전사 바이러스(retrovirus)는 RNA 바이러스임에도 불구하고 DNA 중간체를 형성하여 숙주 세포의 게놈에 자신의 유전자를 통합하는 특징을 가지고 있습니다. 이 과정은 몇 가지 핵심 효소와 분자적 기전으로 설명할 수 있습니다.

1. 역전사(reverse transcription)

• 바이러스는 숙주 세포에 침투한 뒤, 역전사효소(reverse transcriptase)를 이용해 자신의 단일가닥 RNA를 이중가닥 DNA(cDNA)로 전환합니다.

• 이때 cDNA의 양 끝에는 LTR(long terminal repeat, 말단 반복서열)이라 불리는 특정 서열이 형성되는데, 이는 이후 게놈 통합 과정에서 중요한 역할을 합니다.

2. 전핵 이동(nuclear entry)

• 형성된 바이러스 DNA는 단백질 복합체(pre-integration complex, PIC)에 싸여 핵으로 들어갑니다.

• 일부 레트로바이러스(HIV 등)는 세포 분열이 없어도 핵막을 통과할 수 있는 단백질 인자를 갖습니다.

3. 통합(integration)

• 인테그레이스(integrase)라는 바이러스 효소가 cDNA 말단의 특정 염기서열을 절단하여 활성화시킵니다.

• 동시에 숙주 DNA를 절단하여, 바이러스 DNA가 숙주 게놈에 끼워 넣어질 수 있는 공간을 만듭니다.

• 이 과정에서 숙주 DNA는 짧게 절단되고, 그 자리에 바이러스 DNA가 삽입되면서 프로바이러스(provirus) 형태가 형성됩니다.

4. 숙주 게놈 내 안정화

• 삽입된 프로바이러스는 숙주 DNA의 일부처럼 복제되며, 숙주의 전사·번역 기작을 빌려 바이러스 단백질과 RNA를 합성할 수 있게 됩니다.

• 따라서 바이러스는 숙주 세포가 분열할 때마다 자신의 유전물질도 함께 증식하게 됩니다.

정리하면, 역전사효소로 RNA → DNA 전환 → 인테그레이스가 숙주 DNA에 삽입 → 프로바이러스 형성이라는 과정을 통해, 역전사 바이러스는 숙주 게놈 속에 안정적으로 자신을 통합할 수 있습니다. 이 기전 덕분에 HIV와 같은 바이러스가 만성 감염을 일으키고, 완전한 제거가 어려운 이유가 되기도 합니다.

감사합니다.