WPRE란 무엇일까? AAV 벡터에서 발현량을 높이는 숨은 조력자

 

 

AAV 벡터를 설계하다 보면 promoter, transgene, polyA는 당연히 신경 쓰게 돼요. 그런데 그 밖에도 논문이나 플라스미드 맵에서 자주 보이는 요소가 하나 있어요.

 

바로 WPRE(Woodchuck Hepatitis Virus Posttranscriptional Regulatory Element) 예요.

특히 AAV 벡터를 처음 설계하는 사람이라면 한 번쯤은 이런 의문이 생겨요.

"이거 꼭 넣어야 하나?"

 

"대체 무슨 역할을 하는 거지?"

"왜 같은 promoter를 써도 WPRE가 들어간 벡터가 더 잘 발현되는 걸까?"

오늘은 WPRE가 무엇인지, 어떤 원리로 작동하는지, 실제 벡터 설계에서 왜 자주 사용되는지 정리해볼게요.

 

WPRE는 바이러스에서 유래한 서열이다

WPRE는 Woodchuck Hepatitis Virus(WHV)에서 유래한 유전자 조절 서열이에요.

Woodchuck hepatitis virus는 마멋(woodchuck)에 감염되는 B형 간염 바이러스와 유사한 바이러스인데, 연구 과정에서 특정 RNA 서열이 유전자 발현을 크게 증가시킨다는 사실이 발견되었어요.

이 서열이 바로 WPRE예요.

현재는 바이러스 연구보다 유전자 전달 벡터에서 훨씬 유명한 존재가 되었죠.

 

이름에 답이 있다

WPRE의 정식 명칭은

Woodchuck Hepatitis Virus Posttranscriptional Regulatory Element

예요.

여기서 중요한 단어는 "Posttranscriptional"이에요.

즉 전사가 일어난 이후 단계에서 작용한다는 뜻이에요.

Promoter처럼 전사를 시작시키는 역할이 아니라 이미 만들어진 mRNA가 더 안정적으로 존재하도록 도와주는 역할을 해요.

 

WPRE는 어떻게 발현을 증가시킬까?

정확한 작동 기전은 아직도 완전히 규명된 것은 아니에요.

하지만 현재 가장 널리 받아들여지는 설명은 다음과 같아요.

WPRE가 포함된 mRNA는 특정 RNA 구조를 형성하게 돼요.

이 구조가 RNA 안정성을 증가시키고 핵에서 세포질로의 이동을 촉진하며 결과적으로 단백질 생산량을 높여주는 것으로 알려져 있어요.

쉽게 말하면 같은 양의 mRNA가 만들어지더라도

WPRE 없음 → mRNA 일부가 빠르게 분해
WPRE 있음 → mRNA가 더 오래 유지

되는 상황이 발생할 수 있는 거예요.

결국 번역 가능한 mRNA 양이 증가하게 되고 단백질 발현량도 증가하게 돼요.

 

실제로 얼마나 효과가 있을까?

실험 조건에 따라 차이는 있지만 WPRE는 상당한 발현 증가 효과를 보여요.

논문마다 수치는 다르지만 일반적으로 수 배 정도의 발현 증가가 보고되는 경우가 많아요.

그래서 AAV 벡터, 렌티바이러스 벡터, 플라스미드 발현 벡터 등에서 매우 자주 사용돼요.

특히

GFP 발현
Cas9 발현
Cas13 발현
Reporter assay

같이 발현량 확보가 중요한 실험에서는 거의 표준 구성 요소처럼 사용되고 있어요.

 

반응형

WPRE는 하나의 서열이 아니다

많은 사람들이 WPRE를 하나의 서열로 생각하지만 실제로는 여러 부분으로 구성되어 있어요.

대표적으로

Gamma
Alpha
Beta

세 영역으로 나뉘어져 있어요.

이 세 부분이 함께 존재할 때 가장 강한 활성을 나타내요.

연구 결과에 따르면 Alpha 영역만 단독으로 사용할 경우 전체 WPRE 활성의 약 9% 정도 수준밖에 나타나지 않는다고 알려져 있어요.

즉 일반적으로 논문에서 말하는 WPRE 효과는 세 영역이 모두 포함된 full-length WPRE를 의미하는 경우가 대부분이에요.

 

벡터에서는 어디에 넣을까?

WPRE는 보통 transgene 뒤쪽에 위치해요.

일반적인 발현 카세트 구조를 보면

Promoter → Gene of Interest → WPRE → PolyA

형태가 가장 흔해요.

즉 coding sequence 뒤, polyA 앞에 위치하는 경우가 대부분이에요.

실제로 AAV vector map을 보면 거의 이런 구조로 설계되어 있는 경우가 많아요.

 

AAV에서는 왜 특히 중요할까?

AAV는 패키징 용량이 약 4.7 kb 정도로 제한되어 있어요.

그래서 벡터 설계 시

promoter를 줄일까
WPRE를 넣을까
polyA를 줄일까

같은 고민을 하게 되죠.

흥미로운 점은 많은 연구자들이 transgene 길이가 허용된다면 WPRE를 유지하려고 한다는 거예요.

 

그 이유는 발현량 증가 효과가 상당히 크기 때문이에요.

특히 in vivo 실험에서는 바이러스 copy 수를 무작정 늘리는 것보다 WPRE를 통해 발현 효율 자체를 높이는 것이 더 효과적인 경우도 많아요.

 

항상 넣는 것이 정답일까?

반드시 그런 것은 아니에요.

WPRE 길이는 약 600 bp 수준이라 AAV 입장에서는 꽤 큰 비중을 차지해요.

만약 transgene 자체가 크다면 WPRE를 제거해야 할 수도 있어요.

대표적인 예가

SpCas9
Base editor
Prime editor
대형 reporter construct

같은 경우예요.

실제로 많은 compact AAV construct에서는 공간 확보를 위해 WPRE를 삭제하거나 축소형 WPRE를 사용하는 경우도 있어요.

 

연구자들이 가장 많이 고민하는 부분

AAV 설계를 하다 보면 결국 다음 질문으로 귀결돼요.

"Promoter를 줄이고 WPRE를 유지할까?"

"Promoter는 유지하고 WPRE를 뺄까?"

정답은 실험 목적에 따라 달라요.

하지만 발현량이 중요하다면 WPRE는 여전히 가장 강력한 enhancer 중 하나로 평가받고 있어요.

그래서 현재까지도 수많은 유전자 치료 벡터와 연구용 바이러스 벡터에서 기본 구성 요소로 사용되고 있죠.



WPRE는 Woodchuck Hepatitis Virus에서 유래한 post-transcriptional regulatory element예요. 전사를 증가시키는 promoter와는 달리, 만들어진 mRNA의 안정성과 활용도를 높여 결과적으로 단백질 발현량을 증가시키는 역할을 해요.

특히 AAV, 렌티바이러스, 플라스미드 발현 시스템에서 매우 널리 사용되며, 같은 promoter와 transgene을 사용하더라도 WPRE 유무에 따라 발현 수준이 크게 달라질 수 있어요.

벡터 설계를 할 때는 흔히 promoter와 transgene에만 집중하게 되지만, 실제 발현량을 결정하는 데에는 WPRE 같은 후성 전사 조절 요소도 상당히 큰 영향을 미친다는 점을 기억해두면 좋아요.