콕사키바이러스 B3 (coxsackievirus B3, CVB3)는 Picornaviridae 과의 Enterovirus 속에 속하는 약 7,400 개의 매우 적은 염기서열을 유전체로 지닌 양성 단일 가닥 RNA 바이러스로서 확장성 심근 병증의 주요 원인 바이러스이다. CVB3 는 주로 경구 감염에 의해 인두, 소장관, 및 점막 등에서 바이러스의 복제가 일어나는 것으로 알려져 있다. CVB3 감염 시 임상적으로 환자의 15% 정도는 특이 증상 없이 심전도의 이상만 관찰되지만, 일부의 경우에는 감염이 진행됨에 따라 바이러스성 심근염을 일으키며 만성적인 심장 손상 또는 사망으로 이어질 수 있는 확장성 심근병증을 유발한다. CVB3 는 광범위한 표적 장기를 가지고 있어 무균성 수막염, 췌장염, 및 수족구병을 유발하는 다양한 사례가 보고되고 있다. 이처럼 CVB3 는 다양한 인체 질병의 원인이 될 수 있지만, 아직까지 CVB3 감염을 치료할 수 있는 FDA 승인 백신이나 항바이러스 약물은 없다.

생물 세포들이 스스로 복제되는데 비해 바이러스는 자신의 유전체를 복제하기 위해 숙주 세포 내의 복제 기계에 크게 의존한다. 이전 연구들에 따르면 CVB3 는 감염 동안 세포 내의 잘 보존된 이화과정 중 하나인 자가포식 기작을 탈취하여 CVB3 복제를 촉진한다고 보고되었다. 그러나 CVB3 감염에 의해 유도되고 활용되는 자가포식은 일치된 견해를 보이지 않고 여전히 많은 부분에서 논란의 여지가 있다. 따라서 본 연구에서는 유전자형 D 에 속하는 CVB3 감염이 고전적인 자가포식에 미치는 직접적인 영향을 확인하고, 이를 기반으로 인위적 조절에 의한 자가포식 경로의 변화가 CVB3 감염에 미치는 항바이러스 효과를 평가하였다.

자가포식 과정은 매우 역동적이기 때문에 우리는 세포에 인위적으로 영양 성분 결핍을 통해서 기아를 유도하고 이를 지표로 삼아 웨스턴 블롯 모니터링, mRFP-EGFP-LC3B 를 안정적으로 발현하는 세포주 생성, 내인성 LC3B 단백질 관찰, 산성 소기관 염색 등 다양한 분석법을 통해 CVB3 감염에 의한 자가포식 수준을 면밀하게 측정하였다. 그 결과 유전자형 D 에 속하는 CVB3 감염이 고전적인 자가포식 경로의 초기 단계인 자가포식 개시와 후기 단계인 완전한 자가포식 플럭스를 유도하지 않는다는 것을 확인하였다. 그리고 이와 함께 자가포식에 의한 분해를 촉진하는 역할을 하는 p62 단백질이 자가포식과는 무관하게 CVB3 감염에 의해 절단되는 것을 입증하였다.

우리는 추가적으로 자가포식 경로의 초기 단계인 자가포식 개시로 형성되는 자가포식소체가 CVB3 감염에 미치는 영향을 평가하기 위해서 CRISPR/Cas9 시스템을 이용하여 자가포식소체 형성에 관여하는 ATG5 유전자가 결손된 세포주를 제작하고 CVB3 을 감염시켰다. 그 결과, 흥미롭게도 자가포식소체가 형성되지 않는 세포에서 CVB3 감염은 억제되지 않고 오히려 증가하였다. 이러한 발견은 자가포식의 초기 단계에서 형성되는 자가포식소체가 유전자형 D 에 속하는 CVB3 감염에 필수적인 역할을 하지 않는다는 것을 입증한다.

또한, 서로 다른 기전의 3 가지 자가포식 조절제인 compound C, rapamycin, 및 chloroquine 를 각각 처리하여 CVB3 가 감염된 세포 내 자가포식 경로를 인위적으로 변화시킨 결과, 완전한 자가포식 플럭스를 유도하는 것으로 연구된 compound C 가 CVB3 감염을 억제하는 데 상당한 효과가 있음을 확인하였다.

종합하면, 본 연구는 HeLa 세포에 감염된 유전자형 D 에 속하는 CVB3 감염이 자가포식소체 형성과 라이소좀에 의해 분해되는 완전한 자가포식 플럭스를 유도하지 않으며, 고전적인 자가포식 경로와는 별개로 p62 단백질을 손상시킴으로써 완전한 자가포식 플럭스를 회피하는 것을 확인하였다. 또한 이를 기반으로 자가포식 플럭스를 유도하는 화합물인 compound C 처리를 통해서 CVB3 복제가 억제됨을 확인하였다. 따라서 바이러스의 복제에 유리하도록 CVB3 자체적으로 회피하는 경로에 대항하는 완전한 자가포식 플럭스의 유도는 CVB3 매개 질환의 치료 및 완전한 자가포식 플럭스를 회피하는 것으로 연구되고 있는 여러 바이러스의 질병 퇴치를 위한 잠재적 치료 표적이 될 수 있음을 시사한다.