서울성모병원 윤승규·카이스트 이상엽 교수팀 공동연구
간암줄기세포의 분화과정에 일어나는 대사체 분석 결과를 접목한 ‘가상세포시스템(인실리코: in silico)’이 개발돼 간암 분자진단 분야와 치료법 개발에 속도가 붙을 전망이다.
최근 일부 줄기세포가 암의 발달과 전이에 중요한 역할을 하는 사실이 밝혀져 암 치료를 위한 줄기세포의 역할을 규명하는 연구가 활발한 가운데 세포 분화과정 중 발생하는 대사체 변화를 연구하는 학문인 대사체학(metabolomics)을 기반한 분석을 통해 간암 재발과 저항성의 원인을 생물학적 기능 규명으로 확인한 연구 결과가 최초로 발표됐다.
가상세포시스템은 대사체 분석 결과를 컴퓨터와 접목시켜 특정 암세포와 똑같은 특성을 갖는 시스템을 정립한 것을 말한다.
가톨릭대학교 서울성모병원 소화기내과 윤승규·KAIST 생명화학공학과 이상엽·가톨릭 간연구소 허원희 교수팀은 간암줄기세포의 전사체(transcriptome)와 대사체(metabolome) 등의 시스템생물학을 융합하여 포괄적이고 체계적인 분석법으로 간세포암의 발병 기전을 예측할 수 있는 가상세포 모델을 개발했다.
대사체는 우리 몸의 세포가 DNA, RNA, 단백질 이후 전환된 상태를 말하며, 전사체는 DNA에서 RNA로 넘어가는 상태를 말한다. 대사체학은 특정 질환의 대사체 변화를 체계적으로 확인하고 정량화해 대사체군을 생리 병태학적 상태와 연계해 연구하는 학문이다. 신체생리나 병리학적 상태를 연구하여 개인 맞춤의료를 제공할 수 있어 정밀의학의 새로운 분야로 대두되고 있다.
대사체학은 세포의 다른 단계에서 가르쳐주지 못하는 어떠한 특정 순간에 세포내에서 일어나는 생리학적, 대사적, 화학적 현상을 제공하기 때문에, 최근 이를 기반으로 한 질환 연구와 나아가 집단화 패턴분석(clustering pattern)을 이용한 바이오 마커를 도출하고자 활발한 연구가 진행 중이다.
하지만 이를 분석하는데 고가의 장비와 전문 인력이 요구돼 연구자들에게는 다소 접근성이 어려운 실정이다. 새로운 생명현상을 연구할 때 생체실험(in vivo)이나 시험관 실험(in vitro)을 거쳐야 했다.
하지만 이번에 개발한 간암줄기세포 가상실험(in silico)은 연구자가 직접 실험을 거듭해 최적의 반응조건을 찾는 대신 컴퓨터가 알아서 실험하고 최적의 조건을 찾아줘 불필요한 과정을 줄일 수 있다.
암 환자의 종양줄기세포 여부는 현재까지 밝혀진 몇 가지 종양줄기세포 단백질을 통해 확인한다. 이 중 CD133은 뇌종양에서 처음 암줄기세포로 보고된 이후, 폐암, 췌장암, 간암, 전립선암, 대장암 등 다양한 암종의 암줄기세포 표지 인자로 보고되고 있다.
암 덩어리를 이루는 많은 암 세포 가운데 소수의 암 줄기세포가 존재하며, 발암기능, 자가 재생성, 다발성 분화 잠재력을 지닌다. 암줄기세포는 단 몇 개의 세포로도 짧은 시간 안에 일반 암 세포를 만들어 내며 암 조직으로 성장할 수 있어, 암 치료를 해도 종양 줄기세포는 살아남기 때문에 암이 재발되는 원인으로 여겨졌다.
윤승규 교수는 “이번에 개발한 간암 가상세포시스템을 이용해 항암제나 치료제의 대사 경로를 예측 하고 약물의 작용 반응을 예측해 불필요한 반복 실험과정을 단축 시켜, 질환의 새로운 진단 바이오 마커나 표적 치료제의 개발을 훨씬 효율적으로 연구할 수 있는 시스템을 구축할 수 있다”며 “임상적으로는 약물에 대한 효과나 저항성을 예측할 수 있어 개인 맞춤의료(personalized medicine)에 유용할 것”이라고 기대했다.
한편 이번 연구는 영국의 과학전문지 ‘Scientific Reports’ 4월호에 게재됐다.
