Unconventional Endocytic Pathways and Receptor Plasticity Support FMDV Internalization and Replication in Porcine Mesenchymal Stromal Cells

바이러스는 종종 전문가, 즉 어떤 문을 두드리고 어떤 열쇠를 사용해 세포 안으로 들어갈지 정확히 알고 있는 생명체로 여겨집니다. 가축에게 치명적인 질병을 일으키는 구제역 바이러스의 경우, 그 문은 오랫동안 동물의 입과 피부를 덮고 있는 얇은 조직 층인 상피 세포의 표면으로 알려져 왔습니다. 이 세포들에 침입하기 위해 바이러스는 보통 인테그린이라 불리는 특정 분자 열쇠 세트를 사용하는데, 이는 세포 표면에 달린 손잡이처럼 작용하며, 세포막이 침입자를 삼키기 위해 안으로 접혀 들어가는 잘 알려진 과정을 통해 내부로 미끄러져 들어갑니다. 이 표준 경로는 매우 잘 이해되어 있어 과학자들이 일반적으로 이 질병이 어떻게 퍼지고 어떻게 저지될 수 있는지 생각하는 기초가 됩니다. 하지만 자연은 좀처럼 단일 경로에 국한되지 않으며, 바이러스는 일반적인 손잡이나 문이 없는 다른 유형의 세포를 마주할 때 다른 침입 경로를 가질 수도 있습니다.

스페인의 국립 농업식품연구기술원(National Institute for Agricultural and Food Research and Technology)의 연구팀은 이 바이러스가 매우 다른 종류의 세포인 중간엽 기질 세포(mesenchymal stromal cells) 또한 감염시킬 수 있는지 알아보기 위해 연구를 시작했습니다. 이들은 지방, 피부, 혈액에서 발견되는 다재다능한 세포들로, 조직을 복구하고 면역 체계를 진정시키는 역할을 합니다. 과학자들은 이 복구 세포들이 과연 바이러스의 표적이 될 수 있는지, 만약 그렇다면 바이러스가 어떻게 그 안에 들어가는지를 알고 싶어 했습니다. 그들은 현장에서 흔히 볼 수 있는 두 가지 바이러스 혈청형인 A형과 O형을 사용하였고, 이를 이베리아 돼지의 지방, 피부, 혈액에서 채취한 세포들에 테스트했습니다. 또한 이 결과들을 바이러스에 매우 취약한 것으로 알려진 표준 실험실 세포들과 비교했습니다.

연구진은 바이러스가 실제로 이 기질 세포들을 감염시켜, 표준 세포에서와 마찬가지로 세포를 둥글게 만들고 사멸시킨다는 것을 발견했습니다. 이 기질 세포들은 예상되었던 표적이 아니었기에 이는 놀라운 일이었습니다. 더 중요한 것은, 바이러스가 상피 세포에서 사용하는 것과 동일한 진입 방법을 사용하지 않았다는 점입니다. 지방과 혈액 세포에서 바이러스는 다른 일련의 분자 손잡이, 구체적으로는 표준 대조 세포에는 없지만 이 세포들에는 발견되는 베타-6 인테그린이라는 단백질에 의통해 침입했습니다. 또한 바이러스는 모든 기질 세포에 존재하는 JMJD6라는 단백질을 사용했습니다. 결정적으로, 바이러스는 다른 세포 유형에서 바이러스가 부착되는 첫 단계로 자주 쓰이는 헤파란 황산 프로테오글리칸이라는 당 코팅 분자들을 필요로 하지 않았습니다.

바이러스가 정확히 어떻게 들어왔는지 밝히기 위해, 과학자들은 세포가 무언가를 삼키는 데 사용하는 특정 경로를 차단하는 화학적 도구들을 사용했습니다. 그들은 두 바이러스 혈청형이 기질 세포 내부로 들어가는 데 서로 다른 경로를 사용한다는 것을 발견했습니다. A형은 세포의 내부 골격인 액틴 섬유가 유연하고 움직여야 했으며, 세포 내부의 스위치 역할을 하는 효소인 티로신 키나아제의 신호도 필요했습니다. 반면 O형은 세포막에 있는 작은 플라스크 모양의 주머니를 이용한 과정인 카베올라 매개 엔도사이토시스(caveolae-mediated endocytosis)를 억제하는 차단제인 진이스테인(genistein)에 선택적으로 민감했습니다. 이는 동일한 유형의 세포 내에서도 바이러스가 어떤 혈청형인지에 따라 전략을 바꿀 수 있음을 보여주었습니다.

연구진은 자신들의 예상을 뒤엎는 반전 속에서, 실험실 대조 세포에서 바이러스가 사용하는 표준 진입 경로를 차단했을 때 오히려 감염이 더 강력해진다는 것을 발견했습니다. 이는 일반적인 경로가 막혔을 때, 바이러스가 세포 내부로 들어가기 위해 또 다른 매우 효율적인 경로로 강제 전환될 수 있음을 시사합니다. 또한 연구는 특정 기질 세포의 유형이 중요하다는 것을 보여주었습니다. 복부 지방과 혈액 세포는 A형을 지지하기에 더 좋았고, 복부 및 피하 지방 세포는 O형에 더 적합했습니다. 이는 바이러스의 확산 능력이 바이러스 자체뿐만 아니라, 동물의 몸속에서 마주치는 특정 세포의 조합에 관한 것이기도 함을 의미합니다.

이러한 발견은 구제역 바이러스가 이전에 생각했던 것보다 더 적응력이 높다는 것을 시사합니다. 이 바이러스는 평소의 표적이 아닌 세포들을 감염시킬 수 있으며, 다양한 진입 메커니즘을 사용할 수 있습니다. 이러한 유연성은 바이러스가 면역 체계에 의해 즉각적으로 탐지되지 않고 복제될 수 있는 지방이나 혈액과 같은 신체의 다른 부분에 숨어들 수 있게 할 수 있습니다. 이 기질 세포들은 면역 반응을 조절하는 데 도움을 주는 것으로 알려져 있으므로, 이들이 감염되면 바이러스가 더 오래 생존할 수 있도록 돕는 조용한 환경을 조성할 수 있습니다. 이 연구가 이것이 야생에서 질병이 퍼지는 방식임을 증명하는 것은 아니지만, 바이러스가 이러한 세포들을 감염시킬 수 있는 도구를 가지고 있으며 복잡하고 비표준적인 방법을 사용하여 그렇게 한다는 것을 보여줍니다. 이는 바이러스의 행동에 대한 우리의 이해에 새로운 층위를 더하며, 질병을 통제하기 위해 이러한 대안적인 세포 유형들을 고려해야 할 필요성을 강조합니다.