바이러스 유사 입자(Virus-Like Particles, VLPs): 다중막관통 단백질의 자연적 구조 구현을 위한 핵심 플랫폼
 

바이러스 유사 입자(VLPs)는 바이러스 구조 단백질이 자가 조립되어 형성되는 나노 크기의 입자이다. VLPs는 바이러스의 유전 물질을 포함하지 않아 비감염성이며, 우수한 안전성을 지닌다. 또한 바이러스의 자연적 입체 구조(native conformation)와 반복적인 표면 항원 배열을 모사함으로써 B 세포와 T 세포를 모두 강력하게 활성화할 수 있다. 이러한 특성으로 인해 VLPs는 백신 개발과 항원 제시에 널리 활용되고 있다. 연구자들은 원핵세포, 효모, 곤충 세포주, 식물 세포, 포유류 세포주 등 다양한 발현 시스템에서 재조합 바이러스 단백질을 발현시켜 실험실 내에서 VLPs를 생산할 수 있다.
 

VLPs의 분류

VLPs는 구조적 특성과 기원에 따라 여러 유형으로 분류될 수 있다. 비외피형 VLPs(non-enveloped VLPs, non-eVLPs)는 일반적으로 하나 또는 여러 개의 구조 단백질(예: L1 단백질 또는 코어 항원)로 구성되며, 정이십면체 또는 나선형 대칭 구조로 조립된다. 대표적인 예로는 인유두종바이러스(HPV) 백신에 사용되는 VLPs가 있다. 반면 외피형 VLPs(enveloped VLPs, eVLPs)는 구조적으로 더 복잡하며, 조립 과정에서 숙주 세포의 지질 이중막을 포함하고 SARS-CoV-2 백신에 사용되는 Spike(S) 단백질 VLPs와 같이 핵심적인 외래 막관통 단백질을 표면에 제시한다. 이 외에도 동부콩모자이크바이러스(Cowpea mosaic virus, CPMV)나 노로바이러스(Norovirus, NoV) VLPs와 같이 세균, 식물, 곤충 바이러스에서 유래한 VLPs가 존재하며, 이는 VLP 기술 플랫폼의 다양성과 폭넓은 적용 가능성을 보여준다.
 

Figure 1. Schematic and modeled structural classification of VLPs（J Nanobiotechnology. 2021 Feb 25;19:59.）

 

VLPs의 생산 시스템

VLPs의 생산은 대장균(E. coli), 효모, 곤충 세포(바큘로바이러스 시스템), 포유류 세포(예: HEK293, CHO), 식물 세포, 심지어 무세포 발현 시스템 등 다양한 재조합 단백질 발현 시스템에 의존한다. 각 시스템은 고유한 장점을 지니고 있다.
 

Figure 2. Structural classification, different production systems, the immune mechanisms associated, and the application of VLPs in the treatment of allergies.（Int. J. Mol. Sci. 2024, 25(13), 7429）

포유류 세포 발현 시스템(예: HEK293, CHO 세포)은 정밀한 당화와 같은 가장 복잡한 번역 후 수식(post-translational modifications, PTMs)을 수행할 수 있어, 구조적으로 복잡한 외피형 VLPs를 생산하는 데 가장 선호되는 플랫폼이다. 곤충 세포–바큘로바이러스 발현 시스템은 높은 처리량과 높은 수율, 그리고 복잡한 단백질 접힘 및 조립에 대한 강력한 역량으로 잘 알려져 있으며, 비외피형 VLPs와 일부 외피형 VLPs의 대량 생산을 위한 산업적 핵심 플랫폼으로 활용되고 있다. 구조적으로 비교적 단순한 VLPs의 경우, 효모 및 식물 세포 발현 시스템은 비용 효율적이면서도 대규모 확장이 용이한 대안이 될 수 있다. 반면, 원핵생물 발현 시스템(예: E. coli)은 가장 빠르고 경제적인 방식이지만, 일반적으로 자발적으로 VLP를 조립할 수 있는 단일 구조 단백질의 발현에만 적합하다.
 

Figure 3. Advantages and disadvantages of different expression systems for the recombinant production of VLPs（Int. J. Mol. Sci. 2024, 25(13), 7429）

VLP 플랫폼은 재조합 단백질 발현을 위해 여러 가지 장점을 제공한다. 표적 항원이 VLP 캡시드의 일부로 제시될 경우, 면역원성이 크게 증강되어 발현량이 낮거나 본래 면역원성이 약한 단백질도 강력한 항체 반응을 유도할 수 있다. 또한 VLPs는 바이러스 유전체를 포함하지 않기 때문에 안전성이 높아 대량 생산 및 임상 적용에 적합하다. 더 나아가 포유류 세포와 같은 진핵 발현 시스템은 올바른 단백질 접힘, 이황화 결합 형성, 당화 등 다양한 번역 후 수식을 제공함으로써 재조합 단백질의 기능적 활성을 보장한다.

특히 VLP 기술은 막관통 단백질 발현에 있어 독보적인 장점을 지닌다. 이 플랫폼은 완전한 길이의 막 단백질을 입자 표면에 자연적 구조 형태로 제시할 수 있어, 면역화 및 항체 스크리닝에 최적화된 막관통 단백질을 생성할 수 있다. GPCR, 이온 채널, 바이러스 외피 단백질과 같은 막관통 단백질은 본래 지질 이중막에 삽입된 상태에서 존재하며, 이들의 올바른 구조와 기능은 이러한 지질 환경에 결정적으로 의존한다. 기존의 발현 방법에서는 이러한 단백질이 변성되거나 응집되거나 기능을 상실하는 경우가 많다. 외피형 VLPs는 이러한 문제를 효과적으로 해결한다. 생산 세포에서 바이러스 코어 구조 단백질과 표적 막관통 단백질을 함께 발현시키면, 표적 단백질이 VLP의 지질 외피에 자연스럽게 포함된다. 이러한 in situ 삽입 방식은 막관통 단백질의 자연적 구조, 정확한 막 방향성, 복잡한 번역 후 수식, 그리고 고유한 생물학적 기능을 최대한 보존하며, 구조 기반 백신 설계, 약물 스크리닝, 기능 연구를 위한 고품질 도구를 제공한다.

 

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최첨단 바이오테크놀로지 서비스를 전문으로 제공하는 AntibodySystem은 VLP 기술을 기반으로 한 다양한 재조합 단백질을 제공하며, 백신 개발, 항체 스크리닝, 기능 검증 등 여러 실험적 요구를 충족하고 있습니다.

 

Validation Data

Immobilized CD20 (VLP)（CAT#AHC90705） can bind Obinutuzumab. The EC50 of CD20 (VLP) is 38.2 ng/ml.

Validation data related products
Catalog	Product Name
AHC90705	Recombinant Human CD20/MS4A1 Protein, C-His-flag (VLP) (Active)
AHC90703	Recombinant Human CD20/MS4A1 Protein, C-His-Flag (Active)
DHC90704	Research Grade Obinutuzumab

 

AntibodySystem Other VLP related product catalog:

 

Catalog	Product Name
AWB65402	Recombinant Cynomolgus monkey SLC34A2/NaPi2b Protein, C-Flag (Fluorescent VLP)
AHE32802	Recombinant Human ADCYAP1R1 Protein, C-His-Flag (VLP) (Active)
AHE32805	Recombinant Human ADCYAP1R1 Protein, C-His-Flag (VLP) (Active)
AHH31003	Recombinant Human CALCRL & RAMP1 Heterodimer, C-Flag & C-His (VLP) (Active)
AHA68401	Recombinant Human CD133/PROM1 Protein, C-Flag (VLP) (Active)
AHC90704	Recombinant Human CD20/MS4A1 Protein, C-His-flag (Fluorescent VLP) (Active)
AHC90705	Recombinant Human CD20/MS4A1 Protein, C-His-flag (VLP) (Active)
AHJ94804	Recombinant Human CD350/FZD10 Protein, C-Flag (VLP) (Active)
YHF19807	Recombinant Human CLDN18/Claudin-18 Protein, Tag free (VLP) (Active)
AHA19601	Recombinant Human CLDN4/Claudin-4 Protein, N-His & C-Flag (VLP) (Active)
AHF19201	Recombinant Human CLDN6/Claudin-6 Protein, C-Flag (VLP) (Active)
AHB67401	Recombinant Human CLDN9 Protein, C-Flag (Fluorescent VLP) (Active)
AHD46201	Recombinant Human CNR1/CB1 Protein, C-Flag (VLP) (Active)
AHD65901	Recombinant Human EDNRA/ETA/ETRA Protein, N-Flag-His (VLP) (Active)
AHD63002	Recombinant Human EDNRB/ETRB Protein, C-Flag (VLP) (Active)
AHE58704	Recombinant Human GIPR/GIP-R Protein, C-Flag (VLP) (Active)
AHK07701	Recombinant Human GPRC5D Protein, C-Flag (Fluorescent VLP) (Active)
AHB65403	Recombinant Human SLC34A2/NaPi2b Protein, C-His-Flag (VLP) (Active)
AMJ94802	Recombinant Mouse FZD10 Protein, C-Flag (VLP) (Active)
AMB65402	Recombinant Mouse SLC34A2/NaPi2b Protein, C-Flag (Active, Fluorescent VLP)

 

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References

1. Nooraei S, Bahrulolum H, Hoseini ZS, et al. Virus-like particles: preparation, immunogenicity and their roles as nanovaccines and drug nanocarriers. Journal of Nanobiotechnology. 2021;19(1).

2. Berreiros-Hortala, H.; Vilchez-Pinto, G.; Diaz-Perales, A.; Garrido-Arandia, M.; Tome-Amat, J. Virus-like Particles as Vaccines for Allergen-Specific Therapy: An Overview of Current Developments. International Journal of Molecular Sciences 2024, 25 (13), 7429–7429.