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KAIST·서울의대, 암유전체 빅데이터 분석 통해 융합유전자 구조 규명
[아시아경제 김철현 기자] 흡연과 무관한 환경에서도 융합유전자로 인해 폐 선암이 발생할 수 있다는 사실이 국내 연구진에 의해 밝혀졌다. 비흡연자의 폐암 발생 원인 규명과 더불어 정밀치료 시스템을 구축하는 데 기여할 것으로 기대된다.
카이스트(KAIST·총장 신성철)는
의과학대학원 주영석 교수팀이 서울대학교 의과대학 흉부외과 김영태 교수팀과 공동 연구를 통해 폐암을 일으키는 융합유전자 유전체 돌연변이의 생성 원리를 규명했다고 31일 밝혔다. 이번 연구는 국제 학술지 '셀' 온라인판에 이날 게재됐다.흡연은 폐 선암의 가장 큰 발병 인자로 알려졌지만 암 융합유전자 돌연변이에 의한 암 발생은 대부분 비흡연자에게서 발견된다. 융합유전자로 인한 환자는 전체 폐 선암 환자의 10% 정도를 차지하고 있지만 이 돌연변이의 생성과정에 대해서는 알려진 것이 거의 없었다.
이에 연구팀은 유전자를 총망라해 분석하는 '전장 유전체 서열분석 기법'을 대규모로 적용했다.
138개의 폐 선암 사례의 전장 유전체 서열 데이터를 분석해 암세포에 존재하는 다양한 양상의 유전체 돌연변이를 찾아냈다. 특히 흡연과 무관한 폐암의 직접적 원인인 융합유전자를 생성하는 유전체 구조 변이의 특성을 집중적으로 분석했다.그 결과 70% 이상의 융합유전자가 복잡 구조 돌연변이에 의해 생성됨을 확인했다. 또한 연구팀은 정밀 유전체 분석을 통해 복잡 구조 돌연변이가 폐암이 진단되기 수십 년 전의 어린 나이에도 이미 발생할 수 있다는 사실을 발견했다.
지질학의 연대 측정과 비슷한 원리로 특정 구조 변이의 발생 시점을 통계적으로 추정할 수 있는 기술을 통해 융합유전자 발생은 폐암을 진단받기 수십 년 전, 심지어는 10대 이전의 유년기에도 발생할 수 있다는 사실을 확인한 것이다. 이는 암을 일으키는 융합유전자 돌연변이가 흡연과 큰 관련 없이 정상 세포에서 발생할 수 있음을 명확히 보여주는 사례이며 단일 세포가 암 발생 돌연변이를 획득한 후에도 실제 암세포로 발현되기 위해서는 추가적인 요인들이 오랜 기간 누적될 필요가 있음을 뜻한다고 연구진은 설명했다.
이번 연구 성과는 흡연과 무관한 폐암 발생 과정에 대한 지식을 한 단계 확장한 것으로 평가 받고 있다. 향후 폐암의 예방, 선별검사 정밀치료 시스템 구축에 기여할 수 있을 것으로 전망된다. 또
연구팀은 한국과학기술정보연구원의 슈퍼컴퓨터 5호기 누리온 시스템을 통해 유전체 빅데이터의 정밀 분석을 수행했다. 슈퍼컴퓨터 5호기는 향후 타 유전체 빅데이터 연구자들에게도 활용 가능할 것으로 보인다. 주 교수는 "암유전체 전장서열 빅데이터를 통해 폐암을 발생시키는 첫 돌연변이의 양상을 규명했다"며 "정상 폐 세포에서 흡연과 무관하게 이들 복잡 구조변이를 일으키는 분자 기전의 이해가 다음 연구의 핵심이 될 것"이라고 했다.
김철현 기자 kch@asiae.co.kr
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KAIST·서울의대 연구팀 규명…암유전체 데이터 분석 결과
폐암 엑스레이 사진[연합뉴스TV 제공] (대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 비흡연자한테서 폐암을 일으키는 유전체 돌연변이는 10대 이전 유년기부터 나타날 수 있다는 연구 결과가 나왔다.
한국과학기술원(KAIST) 의과학대학원 주영석 교수와 서울대 의대 흉부외과 김영태 교수 공동 연구팀은 흡연과 무관한 환경에서도 융합유전자 때문에 폐 선암이 발생할 수 있다는 사실을 확인했다고 31일 밝혔다.
폐암은 전 세계에서 가장 치명적인 암종으로 꼽힌다.
원인 인자로는 흡연이 일 순위를 차지하나, 비흡연자라도 폐암에 걸리는 사례가 빈번하다.
흡연과 관계없는 폐암의 경우 상피세포 성장인자 수용체(EGFR) 돌연변이 또는 융합유전자 생성이 병을 유발하는 것으로 알려졌다.
특히 폐 선암(비소세포 폐암의 일종) 10％가량은 유전체 구조 돌연변이를 내포하는 융합유전자 때문에 발생하는데, 돌연변이 생성 과정에 대해서는 알려진 게 거의 없다.
공동 연구팀은 138개의 폐 선암 사례 전장 유전체 서열 데이터(whole-genome sequencing)를 분석했다.
흡연과 무관한 폐암의 융합유전자에 따른 발암 원리[KAIST 제공=연합뉴스] 이를 통해 암세포에 존재하는 다양한 유전체 돌연변이를 찾아냈다.
특히 융합유전자를 생성하는 유전체 구조 변이 특성을 집중적으로 규명했다.
유전체 구조 변이는 유전자(DNA) 두 부위가 절단된 후 서로 연결되는 단순 구조 변이와 DNA가 많은 조각으로 동시에 부서진 후 재조합되는 복잡 구조 변이로 나눈다.
복잡 구조 변이는 암세포에서 많이 발견된다. 이른바 '염색체 산산조각' 현상이 그 사례다.
연구팀은 70％ 이상의 융합유전자가 유전체 산산조각 현상 같은 복잡 구조 돌연변이에 의해 생성된다는 사실을 확인했다.
어린 나이에 생긴 융합유전자 예시융합유전자를 만드는 복잡 구조 변이(cluster A)와 근처에 발생한 다른 복잡 구조 변이(cluster B)를 같이 볼 수 있다. 위쪽 도표에는 DNA 각 부분이 절단된 후 다시 연결되는 양상을 선으로 표시했다. 이로 인한 DNA 복제 수 변화는 검은 점으로 나타난다. 아래쪽 점 도표에서 보라색으로 표시된 조기 점 돌연변이가 cluster A에는 거의 없는 것을 볼 수 있다. 이는 융합유전자가 발생하기 전에 생긴 점 돌연변이가 거의 없다는 뜻으로, 매우 이른 시점에 구조 변이가 발생했음을 시사한다. [KAIST 제공=연합뉴스] 특이사항은 복잡 구조 돌연변이가 폐암 진단 수십 년 전부터 이미 발생할 수 있다는 점이다.
연구팀이 특정 구조 변이 발생 시점을 통계적으로 추정한 결과다. 지질학에서 연대를 측정하는 것과 비슷한 원리다.
일부는 10대 이전 유년기 때부터 융합유전자가 발생할 가능성도 있다고 연구팀은 설명했다.
이런 결과는 암을 일으키는 융합유전자 돌연변이가 흡연과 관련 없이 정상 세포에서 시작될 수 있음을 보여준다.
서울대 김영태 교수(왼쪽)와 KAIST 주영석 교수[KAIST 제공-연합뉴스] 주영석 교수는 "암유전체 전장서열 빅데이터를 통해 폐암을 발생시키는 첫 돌연변이 양상을 살폈다"며 "정상 폐 세포에서 흡연과 상관없이 복잡 구조 변이를 일으키는 분자 원리 이해가 다음 연구의 핵심이 될 것"이라고 말했다.
이번 성과 도출에는 유전체 빅데이터를 정밀 분석한 국가 슈퍼컴퓨터 5호기 '누리온' 역할이 컸다고 연구팀은 덧붙였다.
연구는 한국연구재단, 보건복지부 포스트게놈 다부처 유전체 사업·세계선도의과학자 육성사업, 서경배 과학재단, 서울대 의대 교실지정기부금 지원을 받아 수행했다.
성과를 담은 논문은 이날 셀(Cell) 온라인판에 실렸다. 미국 하버드 의대, 한국과학기술정보연구원(KISTI), 국립암센터 연구진도 함께 이름을 올렸다.
walden@yna.co.kr
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