분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2012-08-20 12:49:40 , Hit : 2684
 암 유전자를 차단하는 새로운 나노 입자

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2012-08-20

과학자들은 암 세포 게놈을 시퀀싱함으로써 암 세포 내에서 엄청난 수의 유전자에 돌연변이가 발생하고 복제와 삭제가 반복되는 현상을 발견하였다. 본 연구 결과는 새로운 약물을 개발하는 연구자들에게 유용하게 사용될 것으로 기대되지만, 모든 유전자들을 적절한 시기에 모두 테스터하는 것은 불가능하다.

게놈 시퀀싱 과정을 보다 빠르게 진행하기 위해, MIT 연구자들은 쥐를 이용한 동물 실험에서 새로운 약물 목표를 빠르게 찾을 수 있는 RNA-운반 나노 입자를 개발하였다. 다나-파버 암 연구소(Dana-Farber Cancer Institute) 및 브로드 연구소(Broad Institute)와 공동 연구를 진행한 초기 실험에서, 연구진은 ID4라는 단백질을 목표 대상으로 하는 나노 입자가 난소종양을 호전시킨다는 결과를 선보인 바 있다. “2012년 8월 15일 사이언스 트랜슬레이셔널 메디신(Science Translational Medicine)지 온라인 버전에 소개된 나노 입자 시스템은 암 치료 약물 개발에서 중요한 병목 현상을 해소할 수 있을 것으로 보인다”고 MIT의 통합 암 연구소인 데이비드 H. 코치 연구소(David H. Koch Institute) 연구원이자 건강 과학, 기술, 전자공학, 컴퓨터 과학과 존 앤 도로시 윌슨 교수(John and Dorothy Wilson Professor)인 산지타 바티아(Sangeeta Bhatia)는 말했다.

“우리가 한 일은 넘쳐나는 유전자들을 모두 연구 대상으로 삼는 연구자에게 연구의 시작점을 정해주기 위한 노력이었다. 즉, 우리는 쥐 모델을 이용하여 연구에 중요한 유전자가 무엇인지를 연속적으로 걸러내는 방법을 개발하였다. 본 과정을 통해, 연구자들은 RNA 간섭을 이용하여 임상적으로 원하는 목표를 우선적으로 선별할 수 있거나 이에 저항을 가지는 약물을 개발할 수 있을 것으로 기대된다”고 본 논문의 상급 저자 중 한 명인 바티아는 말했다.
본 논문의 상급 저자이자 아킬레스건 프로젝트(Project Achilles)를 주도한 하버드 의과대학 부교수 윌리엄 한(William Hahn)은 국립 암 연구소의 암 게놈 시퀀싱 프로젝트(cancer-genome-sequencing project)에서 나오는 넘쳐나는 데이터 속에서 암 치료 약물을 위한 새로운 목표를 선별하기 위한 공동 작업을 수행하였다. 잠정적으로 목표가 될 수 있는 엄청나게 많은 시퀀싱 결과들에는 사실 의약품 개발 대상이 될 수 없는 데이터들이 상당수 포함되어 있다. 즉, 기존 약물과 결합될 수 없는 단백질들이 포함되어 있다는 의미이다. 특정 유전자의 기능을 멈추게 하는 RNA의 짧은 가닥을 운반하는 새로운 나노 입자는 지금까지 사용할 수 없었던 단백질을 사용 가능하게 해 줄 것으로 기대된다.

“이러한 방법을 인간에게 적용하는 방법만 찾는다면, 약물 개발에서 지금까지 불가능하다고 여겼던 부분을 해결하는 완전히 새로운 방법이 도래할 것”이라고 다나-파버 암 게놈 발견 센터(Center for Cancer Genome Discovery) 공동장이자 브로드 연구소 준회원인 한은 말했다. 본 논문의 주저자는 바티아 연구실 박사과정 인 렌(Yin Ren), 한 연구실 박사 후 연구원 하이우 윙 쳉(Hiu Wing Cheung)이다.

엄청난 수의 목표 대상(An abundance of targets):아킬레스건 프로젝트를 통해 한(Ahn)과 동료 연구원들은 난소종양 세포에서 해로운 작용을 하는 수많은 유전자의 기능을 분석하고 있는데, 암 세포 생존에 결정적인 역할을 하는 유전자를 선별함으로써, 수많은 잠정적 목표 대상의 수를 줄여가는 작업을 진행 중이다. 일반적으로 행해지는 우수한 약물 대상을 식별하는 다음 단계는 쥐를 유전적으로 조작하여 암에 영향을 미칠 것으로 예상되는 유전자를 없애거나 증폭시켜 암의 진행 과정을 관찰하는 것이다.
그러나 본 과정은 대개 2~4년이라는 긴 시간이 소요되는 문제점을 안고 있다. 이러한 유전자를 식별하는 보다 빠른 방법은 암이 발병한 후 해당 유전자의 기능을 차단하는 것으로, RNA 간섭(RNAi)이라는 방법이 사용된다. 본 현상이 자연적으로 발생하는 동안, RNA의 짧은 가닥은 세포 핵에서 세포의 나머지 부분으로 단백질 구성 요소를 운반하도록 지시하는 메신저 RNA(mRNA)와 결합한다. 결합이 이루어지면, 메신저 RNA 분자들은 파괴되고 해당 단백질은 다시는 재생되지 않는다.
본 현상을 발견한 1990년대 이후, 암 치료를 연구하는 과학자들은 RNA 간섭 방법에 몰두하고 있지만, 안전하고 효율적인 암 치료 방법을 찾는데 난항을 겪고 있다. 특히 문제가 되는 부분은 암을 침투할 수 있는 RNA를 찾는 일이었다. 지난 몇 년간 RNA 간섭 운반 방법을 연구해 온 바티아 연구실은 새로운 약물 치료법 개발을 위해 한의 연구실과 공동 연구를 시작하였다. 연구진의 목표는 특정 유전자를 목표로 하는 RNA 운반 입자를 잘 섞어 쥐에 투여한 뒤 현상을 관찰하기 위한 “섞음과 투여” 기술을 만드는 것이었다.

호전된 암(Shrinking tumors): 첫 번째 시도에서, 연구자들은 난소종양 3단계에서 과발현되지만 다른 종류의 암에서는 발현되지 않는 가장 공격적인 유전자인 ID4 단백질에 초점을 맞추기로 결정했다. 전사 요소에 대한 코드를 가진 본 유전자는 배아 발달 시기에 나타나며, 생후 초기에 발현이 멈추었다가 난소종양에서 활동을 재개하는데, 본 현상에 대한 이유는 아직 밝혀지지 않고 있다. ID4를 목표 대상으로 하기 위해서 바티아와 학생들은 새로운 형태의 RNA 전달 나노 입자를 설계하였다. 개발한 입자는 암 세포를 투과하는 성능을 가지면서 지금까지 RNA 간섭을 단 한 번도 당하지 않는 입자를 목표로 한다. 입자의 표면에는 암 세포를 투과할 수 있도록 하는 작은 단백질 조각 태그를 붙였다. 상기에 언급된 단백질 조각은 p32라고 알려진 유전자로, 역시 암 세포에서 발견되는 것이다. 본 논문의 저자이자 캘리포니아 대학교 샌포드-번햄 의학 연구소(Sanford-Burnham Medical Research Institute) 에르키 루오슬라티(Erkki Ruoslahti) 교수는 본 연구에 사용한 단백질 조각과 이와 유사한 많은 단백질 조각을 발견하였다.

나노 입자와 연결된 RNA 가닥은 단백질과 섞여 있는데, 관련 연구에 많은 도움이 될 것으로 사료된다. 나노 입자가 세포 안으로 들어가면, 엔도솜(endosome)이라는 막 내에서 캡슐화된다. 단백질-RNA 혼합물은 엔도솜 막을 가로질러 나노 입자가 세포의 중심 구역에 진입하는 것을 돕고, 세포 중심부에 도달한 나노 입자는 메신저 RNA의 기능을 방해하기 시작한다. 쥐의 난소종양에 대한 본 연구에서, 연구진은 RNA 간섭을 이용한 치료에서 나노 입자가 대부분의 암을 제거한다는 결과를 얻었다. 연구진은 현재 난소종양뿐만 아니라 췌장암(pancreatic cancer)을 포함한 다른 종류의 암들에 본 나노 입자 기술을 적용하고 있다. 또한, 연구진은 난소종양의 치료를 위한 ID4 목표 입자의 개발 가능성에 대해 모색 중이다.

1. 출처: Medical Xpress (Aug. 15, 2012)
2. 원문 정보: Journal reference:Science Translational Medicine
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