정상세포가 암세포로 변화되는 과정은 오랜 기간 점진적 진행이 아닌 특정 순간에 갑작스럽게 상태가 바뀌는 임계전이 현상을 겪는다.
임계전이는 물이 100℃에서 기화되는 것처럼 특정 시점에 갑작스런 상변화가 일어나는 현상이다.
세포의 임계전이는 세포 운명을 결정짓는 중요한 시점으로, 특히 암 발생과정의 근본 메커니즘을 이해하는 핵심 단서를 제공한다.
이는 기존 암세포 사멸치료에 따른 재발과 전이 등 악성 부작용을 극복하고 정상세포 기능을 복원하는 신개념 항암치료법을 제시할 수 있다.
암세포를 정상세포로 되돌리는 분자스위치
KAIST 바이오및뇌공학과 조광현 교수팀이 암세포를 정상세포로 되돌릴 수 있는 분자스위치를 발굴하는 기술을 개발했다.
연구팀은 정상세포가 암세포로 전환되기 직전 정상세포와 암세포가 공존하는 불안정한 임계전이 상태에 놓일 수 있음을 발견했다.
이를 토대로 임계전이 상태를 시스템생물학 방법으로 분석, 암화 과정을 역전시킬 수 있는 암 가역화 분자스위치를 기술을 개발하고 이를 대장암세포에 적용한 결과 정상세포 특징을 회복할 수 있음을 분자세포실험으로 확인했다.
연구팀은 암 발생 임계전이를 관장하는 유전자 네트워크 컴퓨터 모델을 단일세포 유전자 발현 데이터로부터 자동 추론하고 이를 시뮬레이션 분석해 암 가역화 분자스위치를 체계적으로 찾아냈다.
이번 성과는 암 가역화 분자스위치의 새로운 이론적 가설을 정립하고 이를 실험으로 입증한 것으로, 암 가역치료 실현을 위한 체계적이고 구체적인 방법론을 제시해 향후 다른 암종의 가역치료제 개발에도 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
조 교수는 “이번 연구는 그동안 수수께끼로 여겨졌던 암 발생 과정 이면의 세포 내 변화를 유전자 네트워크 차원에서 상세히 밝혔다”며 “암세포를 정상세포로 되돌릴 중요한 단서가 변화의 순간에 숨어있음을 처음 규명한 성과”라고 설명했다.
이번 연구는 KAIST 신동관·공정렬 박사, 정서윤 박사과정이 참여했고, 서울대가 대장암환자 오가노이드를 제공해 진행됐고, 연구결과는 국제학술지 `어드밴스드 사이언스' 지난달 22일자 온라인 논문으로 출판됐다. (논문명: Attractor landscape analysis reveals a reversion switch in the transition of colorectal tumorigenesis) (DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202412503)
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구사업과 기초연구실사업, 보건복지부 한국보건산업진흥원 질병중심 중개연구사업 지원을 받았다.
