뉴모바이러스과

1. 개요

뉴모바이러스과는 폐를 뜻하는 'pneumo-'와 점액질의 독을 의미하는 '-virus'의 합성어로, 바이러스의 한 과이다. 메타뉴모바이러스속과 오르토뉴모바이러스속으로 나뉘며, 소, 사람, 조류, 생쥐 등 다양한 종에서 호흡기 감염을 일으킨다. 뉴모바이러스는 음성 가닥 RNA를 유전체로 가지며, 11개의 단백질을 암호화한다. 사람 메타뉴모바이러스는 어린이의 바이러스성 폐렴을 일으키는 주요 원인 중 하나이며, 감기와 유사한 증상을 보이지만, 고령자의 경우 폐렴으로 악화될 수 있다.

2. 분류학

뉴모바이러스의 어원은 그리스어로 허파를 뜻하는 pneumo-와 라틴어로 점액질의 독을 의미하는 virus의 융합어다.

2.1. 오르토뉴모바이러스속 (Orthopneumovirus)

*: 모식종

2.2. 메타뉴모바이러스속 (Metapneumovirus)

뉴모바이러스 중에서 가장 먼저 분류된 종은 사람 메타뉴모바이러스(hMPV)이다. 사람 오르토뉴모바이러스와 함께 어린이의 바이러스성 폐렴을 일으키는 가장 큰 원인 중 하나로 꾸준히 유행하고 있다.

3. 바이러스학

뉴모바이러스과 바이러스는 HN 당단백질을 통해 숙주세포의 HN 당단백질 수용체에 결합한다. 이후 융합 단백질(F)를 이용해 숙주 세포막과 자신의 외피를 융합시키고, 뉴클레오캡시드를 세포질 내로 방출한다. RNA 의존성 RNA 중합효소는 바이러스 유전체의 3' 말단에 부착하여 각 유전자를 전사해 mRNA를 만들고, 숙주세포의 리보솜을 이용해 여러 바이러스 단백질을 번역한다. 충분한 양의 P, N, L, M2 단백질이 합성되면 유전체 복제가 시작된다. 유전체 복제가 끝나면 P, L, M 단백질이 유전체와 결합하여 리보뉴클레오캡시드를 만든다. 유전체의 전사, 복제, 번역 및 바이러스 조립은 모두 세포질에서 일어난다. 비리온 조립이 완료되면 출아를 통해 숙주세포 밖으로 방출된다.

3.1. 구조

뉴모바이러스는 다양한 형태를 띠며, 직경 150nm~200nm 크기의 구형 및 사상형 외피를 가진 비리온(바이러스 입자)을 생성할 수 있다. 단백질 껍질과 바이러스 핵산으로 구성된 뉴클레오캡시드는 나선형 대칭을 갖는다. 뉴클레오캡시드의 직경은 13.5nm이고 나선 피치는 6.5nm이다.

뉴모바이러스과의 바이러스는 다음 단백질들을 가진다.

* N - 뉴클레오캡시드 단백질. 바이러스의 복제와 전사를 위해 꼭 필요한 단백질이다. 바이러스 유전체의 외부를 감싸며 캡시드를 형성한다.

* P - 인단백질. 전사에 필요하다. RNA 의존성 RNA 중합효소의 부착과 M2 단백질을 모으는 기능을 한다.

* M1 - 기질 단백질. 뉴클레오캡시드와 외피의 상호작용을 촉진한다.

* M2-1 - 기질 단백질. 유전자내 및 유전자간 전사인자로 작용하며, mRNA 전사체의 신장과정에 필요하다. 안정성을 부여하여 신장이 초기에 종결되지 않도록 한다.

* M2-2 - 기질 단백질. 전사와 복제를 조절하는 과정에 사용된다. 과발현시에 바이러스 복제를 억제하는 현상이 관찰되었다.

* F - 융합 단백질. 1유형 당단백질로 바이러스와 숙주세포막 사이의 융합을 촉진한다.

* SH - 작은 소수성 단백질. 필수적이지 않으며, 정확한 기능도 알려지지 않았다. 막의 투과성을 바꾸거나 숙주세포의 세포자살을 막는다고 추정된다.

* G - 2유형 당단백질. 바이러스가 글리코사미노글리칸의 상호작용을 통해 숙주세포에 부착되도록 한다.

* L - RNA 의존성 RNA 중합효소. 복제에 필수적이다.7-메틸구아노신 모자를 5'말단에 부착시키며, 다중 A 꼬리를 3'말단에 부착시킨다.

3.2. 유전체

게놈은 비분절 음성 가닥 단일 가닥 RNA로 구성되어 있다. 크기는 약 15kbp이며 11개의 단백질을 암호화한다. 게놈의 독특한 특징은 M2 유전자인데, 이는 M2-1과 M2-2 단백질을 암호화한다. 뉴모바이러스 M2-1 단백질은 독특하며 다른 어떤 바이러스 과에서도 상동체가 발견되지 않았다. 이 단백질은 바이러스 RNA 의존성 RNA 중합효소의 공정성 인자로 작용하며 바이러스 RNA 합성을 촉진한다.

3.3. 단백질

* N (뉴클레오캡시드 단백질): 바이러스 복제 및 전사에 필수적이다. 바이러스 유전체 외부를 감싸 캡시드를 형성한다.

* P (인단백질): 전사에 필요하며, RNA 의존성 RNA 중합효소 부착 및 M2 단백질을 모으는 기능을 한다.

* M1 (기질 단백질): 뉴클레오캡시드와 외피 간 상호작용을 촉진한다.

* M2-1 (기질 단백질): mRNA 전사체 신장에 필요한 유전자 내 및 유전자 간 전사 인자이다. 생성된 RNA에 결합하여 안정성을 제공, 초기 종결을 방지한다.

* M2-2 (기질 단백질): 전사 및 복제 조절에 관여하며, 과발현 시 바이러스 복제를 억제한다.

* F (융합 단백질): 바이러스와 숙주 세포막 간 융합을 촉진하는 제1형 당단백질이다.

* SH (작은 소수성 단백질): 필수적이지 않으며, 정확한 기능은 알려져 있지 않다. 막 투과성을 변경하거나 숙주세포의 세포자살을 막는다고 추정된다.

* G (2유형 당단백질): 글리코사미노글리칸과의 상호작용을 통해 바이러스가 숙주세포에 부착되도록 돕는다.

* L (RNA 의존성 RNA 중합효소): 복제에 필수적이며, 생성된 mRNA에 메틸화된 구아노신 캡과 poly(A) 꼬리를 추가한다.

3.4. 복제

뉴모바이러스는 숙주 세포의 세포질에서 복제된다. 우선, 바이러스는 세포 표면에 발현된 HN 당단백질 수용체에 결합한다. 그런 다음, 융합 단백질의 작용을 통해 바이러스는 숙주 세포막과 융합되고 캡시드가 방출된다. 복제를 거치기 전에 mRNA가 전사되고 바이러스 단백질이 번역된다. 전사는 바이러스에 의해 암호화된 RNA 의존성 RNA 중합 효소에 의존하며, 이는 3' 리더 영역에서 게놈에 결합한 다음 각 유전자를 순차적으로 전사한다. 바이러스 단백질의 번역은 숙주 세포의 리보솜에 의해 수행된다. 충분한 P, N, L, M2 단백질이 새로 복제된 게놈 주위에 캡시드를 형성할 수 있게 되면 바이러스는 복제를 거친다. 복제 후, P, L, M 단백질은 리보핵단백질 형성에 관여한다. 비리온 조립이 완료되면 비리온은 세포에서 출아를 통해 배출된다.

4. 사람에서의 감염

뉴모바이러스 중에서 가장 먼저 분류된 종은 사람 메타뉴모바이러스(hMPV)이다. 사람 오르토뉴모바이러스와 함께 어린이의 바이러스성 폐렴을 일으키는 가장 큰 원인 중 하나로 꾸준히 유행하고 있다.

사람 메타뉴모바이러스(HMPV)는 2001년에 처음 뉴모바이러스로 분류되었다. 음성 가닥 RNA 바이러스로, 어린 아이들의 하부 호흡기 감염의 두 번째로 흔한 원인이다. 뉴모바이러스는 파라믹소바이러스과와 오르토믹소바이러스과 바이러스 사이의 중간 크기이다. 세포질 내 봉입체는 해당 과의 다른 바이러스보다 훨씬 더 밀도가 높다. 사람 메타뉴모바이러스 감염은 감기와 매우 유사하며, 상부 호흡기 감염이다. 보통 겨울과 초봄에 발생하며, 특히 5세 미만의 어린이에게서 가장 흔하게 나타난다. 일반적인 증상으로는 콧물, 코막힘, 인후통, 기침, 두통, 발열 등이 있으며, 이는 감기로 나타날 수 있다. 보통 며칠 후에 사라지나, 75세 이상에서 이러한 증상이 나타나면 폐렴으로 악화될 수 있으므로 우려할 만한 원인이 된다.