대장암 환자 3차원 게놈 지도 AI 기반 처음 제시

KAIST 정인경 교수팀·서울대 김태유 교수팀 공동
"환자 맞춤형 치료 연구의 시발점 기대"

연구 모식도(KAIST 제공)/뉴스1

(대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 인공지능(AI)을 기반으로 한국인 대장암 환자 3차원 게놈 지도를 제시해 주목된다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 정인경 교수 연구팀이 서울대 암연구소 김태유 교수 연구팀과 함께 인공지능 기반 알고리즘을 활용해 한국인 대장암 환자의 3차원 게놈 지도를 최초로 제시했다고 24일 밝혔다.

또 연구팀은 이를 토대로 암세포 특이적인 유전자 조절 기전을 통해 특정 종양유전자들이 과발현되는 현상을 규명했다.

1차원적 게놈 서열 분석에 기반한 현재의 암 유전체 연구는 종양유전자들의 과발현 기작을 설명하는 데 한계가 있었다.

하지만 3차원 공간상에 게놈이 어떻게 배열됐는지 분석하는 3차원 게놈(3D genome) 구조 연구는 이러한 한계를 극복하는 데 큰 도움이 되고 있다.

김규광 KAIST 생명과학과 박사과정이 주도한 이번 연구는 게놈간의 공간상 상호작용을 측정할 수 있는 대용량 염색체 구조 포착 Hi-C 실험 기법을 활용해 대장암 3차원 게놈 지도를 작성하고 대장암 특이적 3차원 게놈 변화를 환자 개개인별로 분석할 수 있는 AI 기반 알고리즘을 개발했다.

연구팀은 이를 통해 광범위한 규모의 3차원 게놈 구조 변화와 이로 인한 다양한 종양유전자의 활성화를 확인했다.

또 이번 연구를 통해 암 특이적 3차원 게놈 구조의 변화로 인한 종양유전자 활성 기작을 명확히 제시했고, 이로 인한 환자 예후와 약물 반응 등 임상적인 특성과의 연관성까지 제시해 맞춤 치료 원천기술 확보에 기여했다.

지금까지 암 세포주에 대한 3차원 게놈 구조 연구는 일부 보고됐으나 대규모 환자 암조직에 대한 연구는 조직 내 세포 이질성, 종양 순도, 암세포 이질성 등의 문제로 인한 정밀 암 특이적 3차원 게놈 구조 분석의 한계로 수행되지 못했다.

반면 이번 연구에서 연구팀은 AI 기반 알고리즘으로 환자 개인 종양 조직으로부터 얻어진 복잡한 신호를 해석할 수 있었고, 그 결과 최대 규모인 환자 40명의 종양 조직과 인접한 정상 대장 조직을 사용해 3차원 게놈 지도를 작성할 수 있었다.

또 한국인 3차원 게놈 지도, 특히 종양 조직에 대한 3차원 게놈 지도를 최초 제시했다.

김태유 서울대 암연구소 교수

김태유 교수는 “이러한 결과는 개별 암 환자들마다 서로 다르게 나타나는 종양 이질성을 이해하는 데 매우 중요한 요소가 될 수 있다"며 "이를 이용한 환자 맞춤형 치료 연구의 시발점이 될 것”이라고 말했다.

정인경 KAIST 생명과학과 교수

정인경 교수는 “기존의 점돌연변이나 유전체 변이만으로는 설명이 어려운 암 유전체를 3차원 게놈 구조 관점에서 재해독하고 신규 암 타겟을 발굴할 수 있는 수 있는 새로운 접근법을 제시했다”고 했다.

과학기술정보통신부와 서경배과학재단의 지원을 받아 수행된 이번 연구의 결과는 국제 학술지 `셀 리포츠(Cell Reports)'에 지난 13일 게재됐다.

memory4444444@news1.kr