조광현 KAIST 바이오및뇌공학과 교수 연구팀이 정상세포에서 암세포로 변화하는 순간의 임계 전이(臨界轉移, critical transition) 현상을 포착하고, 이를 분석해 암세포를 다시 정상세포로 되돌릴 수 있는 분자스위치를 발굴하는 기술 개발에 세계 최초로 성공했다고 5일 밝혔다.
조 교수팀은 암세포를 죽이지 않고 그 상태만을 변환시켜 정상 세포와 유사한 상태로 되돌리는 암 가역 치료 원천기술을 개발한 바 있다.
이번 연구는 암세포를 정상세포로 되돌릴 수 있는 중요한 단서가 될 것으로 보인다.
'임계 전이'란 물이 100℃에서 증기로 변하는 것처럼 특정 시점에 갑작스러운 상태변화가 일어나는 현상을 말한다.
정상세포가 유전적, 후성유전적 변화의 축적으로 인해 특정 시점에 암세포로 변화되는 과정에도 이러한 임계 전이 현상이 나타난다.
연구팀은 암 발생 과정에서 정상세포가 암세포로 전환되기 직전, 정상세포와 암세포들이 공존하는 불안정한 임계 전이 상태에 놓일 수 있음을 발견했다.
이런 임계 전이 상태를 시스템생물학 방법으로 분석, 암화 과정을 역전시킬 수 있는 암 가역화 분자스위치 발굴 기술을 개발했다.
연구팀은 분자세포실험을 통해 대장암세포에 이 기술을 적용해 암세포가 정상세포의 특징을 회복할 수 있음을 확인했다.
암 발생의 임계 전이를 관장하는 유전자 네트워크의 컴퓨터 모델을 단일세포 유전자 발현 데이터로부터 자동 추론해내고, 이를 시뮬레이션 분석해 암 가역화 분자스위치를 체계적으로 찾아내는 원천기술을 개발한 것이어서 향후 다른 암종의 가역 치료제 개발에도 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
조광현 교수는 "정상세포가 되돌릴 수 없는 암세포 상태로 변화되기 직전의 임계 전이 순간을 포착해 암세포의 운명을 다시 정상세포 상태로 되돌릴 수 있는 분자스위치를 발굴해 낸 것"이라고 설명했다.
조 교수는 "특히 이번 연구에서는 그동안 수수께끼로 여겨졌던 암 발생 과정 이면의 세포 내에 어떤 변화가 일어나는지를 유전자 네트워크 차원에서 상세히 밝혀냈다"면서 "암세포의 운명을 다시 정상세포로 되돌릴 수 있는 중요한 단서가 바로 이러한 변화의 순간에 숨어있다는 것을 처음으로 규명한 연구"라고 덧붙였다.
KAIST 신동관 박사(現 국립암센터), 공정렬 박사, 정서윤 박사과정 학생이 참여했으며, 서울대학교 연구팀이 대장암 환자 오가노이드(체외배양조직)를 제공해 진행된 이번 연구 결과는 와일리(Wiley)에서 출간하는 국제저널 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 1월 22일 자 온라인판 논문으로 출판됐다.
김종화 기자 justin@asiae.co.kr
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