암세포를 정상세포로…원천 기술 개발

[EBS 뉴스]

서현아 앵커 

다양한 치료법이 나오고 있지만 암은 여전히 우리나라 사망 원인 가운데 1위입니다. 

지금까지 치료법은 대부분 암세포를 없애는 데 중점을 뒀는데요. 

국내 연구진이 암세포를 죽이는 대신에 성질을 바꿔서 정상세포로 되돌릴 수 있는 원리를 규명하는 데 성공했습니다. 

이효종 과학커뮤니케이터와 자세히 짚어봅니다. 

어서 오세요.

암은 이집트 피라미드 속 미라의 몸에서도 발견될 정도로 굉장히 오랜 역사를 이어온 질병이라고 합니다. 

아직도 전 세계적으로 주요한 사망 원인 가운데 하나죠?

이효종 과학커뮤니케이터 

네 맞습니다. 인류의 생명을 가장 많이 앗아가고 있는 3대 질병을 통계적으로 꼽아보자면 3위는 뇌혈관 질환 그리고 2위는 심장 질환 그리고 여전히 1위가 암이 자리를 잡고 있습니다. 

세포의 분열과 복제 기능에 치명적인 오류가 발생해서 제대로 된 기능을 수행하지 못한 채 계속해서 분열만 하는 그런 돌연변이 조직을 우리가 암이라고 부르는데요.

그래서 이렇게 한 번 발생하기 시작하면 걷잡을 수 없이 신체에 퍼져나가서 장기 조직 등을 계속해서 쓸모없게 만드는 그런 질환입니다. 

치명적인 질환을 어떻게 손 쓸 수 있을까? 

여태까지 여러 과학자들과 의사들이 연구를 했죠. 

인류가 지금까지 암에 대한 치료법으로서 선택한 방법은 고장 난 세포를 물리적으로 또는 화학적으로 제거를 하는 방법을 선택했습니다.

수술을 통해 암 조직을 제거하거나 소위 저희가 말하는 항암 치료를 하는 방법을 통해서 세포의 분열을 억제 그리고 방사선 표적 치료를 통해서 암세포의 DNA 정보를 더 빠르게 망가뜨리게 돼서 더 이상 암세포가 분열할 능력을 잃게 만드는 그런 방식을 사용해 왔었죠. 

세 방법 모두 유의미한 치료 효과를 내주긴 했으나 통계 자료가 저희가 보여주듯 암을 정복하기에는 역부족한 방법이었는지도 모른다 이렇게 전문가들은 보고 있습니다.

서현아 앵커 

그렇다면 암을 치료하는 방식은 그동안 어떻게 변해 왔습니까?

이효종 과학커뮤니케이터 

암 치료의 역사는 크게 세 가지 세대로 저희가 구분을 해볼 수 있다라고 전문가들은 말합니다. 

그래서 그 세 가지 세대들을 좀 들여다볼 필요가 있을 것 같은데요. 

가장 먼저 등장한 항암 치료의 방법은 화학항암제를 사용하는 방법이었습니다. 

화학항암제는 분열 작용을 일으키는 체내 세포들을 사멸시키는 물질을 투여해서 암세포를 공격하는 치료 방법인데요.

그러나 이 방법은 세포의 분열 과정을 이행하는 체내의 다양한 조직들 예를 들면 피를 생산하는 조혈모 세포 같은 것들 있죠.

그런 것들 세포를 분열하는 계속해서 그런 역할을 하는 곳에 치명적인 손상을 야기하는 방법으로 알려져 있기 때문에 골수 기능의 저하 등 다양한 부작용을 수반할 수밖에 없다는 단점이 있습니다. 

이를 해결하기 위해서 암세포만을 표적으로 해서 공격하는 방법으로 등장하는 것이 바로 2세대의 항암 치료 방법입니다. 

이 치료는 표적항암제로 불리는 물질을 사용해 암세포 내에 특정한 유전자 변이만을 타깃으로 공격을 이행하기 때문에 정상세포를 공격하는 부작용은 좀 덜어주고 암세포만을 타깃에서 공격을 실행하는 그런 방법입니다. 

그러나 이 치료법도 여러 문제점이 있는데요. 

첫 번째로 표적항암제에 등록해 둔 특정 유전자 변이에만 작용을 해서 작동한다는 점 그리고 두 번째는 표적항암제라는 새로운 환경에 적응한 암세포, 생물은 계속해서 진화하기 마련이잖아요. 

그래서 내성이 생긴 암세포가 발생한다는 점이 문제점이고요. 

마지막으로는 내성이 생긴 암세포가 전이될 가능성이 높다.

왜냐하면 번식을, 분열을 억제할 수 없으니까 전이가 잘 발생한다. 

이런 것도 우리가 문제점으로 볼 수 있습니다.

서현아 앵커 

3세대 치료 방법까지 진화가 있었는데 이렇게 오랜 노력에도 불구하고 암 치료의 한계는 계속 있었습니다. 

이유가 암세포를 죽이는 데 중점을 뒀기 때문인데요. 

그런데 최근에 국내 연구진이 조금 다른 접근법을 제안을 했다고요.

이효종 과학커뮤니케이터 

그렇습니다. 

기존 암 치료 방법과는 완전히 다른 새로운 패러다임이 될 수도 있는 연구가 유명 학술지인 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 게재되었습니다.

이 논문에는 암세포를 죽이지 않고, 말씀하셨던 것처럼, 이들을 정상세포 또는 덜 진행된 암세포로 되돌림으로써 치료하는 놀라운 방법에 대한 연구 내용이 담겨 있습니다.

서현아 앵커 

네, 연구팀이 이번 연구에 앞서서 이 대장암세포를 실제로 정상세포로 되돌리는 데도 성공을 했다고요.

이효종 과학커뮤니케이터 

네 그렇습니다. 

카이스트 조광현 연구소 연구팀이 2020년, 정상적인 대장세포와 대장암세포의 유전자 조절 네트워크를 구축해서 실제로 일부 암세포를 정상화시킨 사례를 학술지 분자 암 연구의 표지 논문으로 게재했습니다. 

비록 분자 조절 네트워크의 일부만을 고려한 결과로 완전히 암세포를 정상세포로 되돌린 것은 아니었지만, 가능성을 보여준 사례라는 점에서 큰 의의가 있었던 선행 연구가 될 수 있겠죠.

그러나 이 연구를 당장 치료에 적응하기에는 한계가 있었는데, 첫 번째로 암세포가 정상세포로 되돌아가는 과정의 매커니즘을 아직까지는 정확하게 알 수 없었다는 점, 다음으로는 모든 암세포를 대표하는 특징을 찾지 않는다면 이 기술을 보편적으로 적용할 수 없다는 점, 그리고 마지막으로 세포 내에 복잡한 분자 간 상호작용 네트워크는 단편적인 분석으로는 이해하기 매우 난해하고 어렵다라고 하는 점들이 바로 그런 이유들이었습니다.

서현아 앵커 

이 같은 암 가역화의 보편적인 원리를 밝히기 위해서 그동안 어떤 연구들이 이뤄졌습니까?

이효종 과학커뮤니케이터 

이와 같은 문제점을 극복하기 위해서 시스템 생물학이라고 하는, 즉 생명 현상을 하나의 시스템으로 여겨서, 그것을 컴퓨터 시뮬레이션 분석을 통해서 연구하는 전략을 사용했습니다. 

그리고 이와 같은 고민은 2022년 1월, 악성 유방암세포를 호르몬 치료가 가능한 유방암세포로 되돌리는 연구, 그리고 2023년 1월에는 전이 능력을 획득한 폐암세포에서 전이 능력을 상실하고 약물 가능성이 높은 폐암세포로 만드는 연구로 이어지면서, 점점 더 암화의 역과정에 관련된 가능성에 한 발 한 발 나아갈 수 있었고요. 

마침내 6월, 암 가역화의 보편적인 원리를 담은 최초의 연구를 이번에 세상에 공개하게 되게 된 것입니다. 

카이스트 주제일 박사, 그리고 박화정 박사가 참여하고, 조광현 교수가 교신저자로 참여해서 2023년 6월 2일 국제 유명학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 게재된 이번 논문에는 특정 조건에서 유전자 돌연변이에 의해 왜곡된 입출력 관계가 이게 정상적인 입출력 관계로 흡입될 수 있음을 그것을 시스템 생물학의 분석법 중 하나인 컴퓨터 시뮬레이션 분석을 통해서 발견해내는 데 성공을 한 것입니다.

서현아 앵커 

그러니까 돌연변이, 암세포를 무리하게 죽이는 게 아니고 정상세포로 돌리는 과정을 규명을 해냈다. 

굉장히 혁신적인 연구인데 어떻게 이런 연구가 이뤄졌습니까?

이효종 과학커뮤니케이터 

연구팀은 정상세포가 가진 유전자 조절 네트워크를 정밀하게 구성해서, 여기에 다양한 자극을 외부에서 가함으로써 이에 따라 일어나는 변화에 대해서 분석을 했습니다. 

암세포의 경우, 정상세포와는 달리 유전자 조절 네트워크가 살짝 왜곡을 만들게 되면서 입출력 관계에 뭔가 고장 트러블이 발생할 수 있는 것인데 이번 연구의 핵심은 특정 유전자에 발생한 돌연변이로 인해 이 왜곡된 입출력 관계를 시뮬레이션을 한 것이죠. 

그래서 네트워크 제어를 통해서 정상적인 입출력 관계로 다시 회복하도록 이렇게 만들 수 있음을 보였다는 데 의미가 있습니다. 

연구팀은 현재까지 공개되어 있는 다양한 암 관련 유전자 조절 네트워크들을 대량으로 분석을 했고, 이들에게 왜곡된 입출력 관계를 다시 회복할 수 있는 유전자인 가역 가능 유전자가 있음을 그것도 네트워크를 구성하고 있는 유전자들 중 절반 이상이 그런 가역 가능 유전자가 있다는 것을 밝혀냄으로써 세포 내에 가역 가능 유전자를 우리가 실제로 정말 제어할 수 있다면, 암세포에서 나타나는 왜곡된 이출력 관계를 이제 정상적으로 회복할 수 있음을 이제 암시를 하는 연구를 하는 것입니다. 

뿐만 아니라 연구팀은 실제로 생존에 성공한 암 환자들의 데이터를 분석하기도 했는데요. 

이 결과 가역 가능 돌연변이의 여부가 암 환자의 생존율에 영향을 줄 수 있다는 사실 또한 입증한 것으로 알려졌습니다.

서현아 앵커 

그렇다면 이번 연구의 의미를 어떻게 평가할 수 있을지 마지막으로 짧게 부탁드립니다.

이효종 과학커뮤니케이터 

이번 연구를 진행한 조광현 교수와 그의 연구팀은 유전자 조절 네트워크로부터 생성된 수많은 변형 네트워크들을 시스템 생물학의 방법을 활용함을 통해서 네트워크의 가역성과 견실성 그리고 중복성의 관계를 확인했고요. 

이를 통해 유전자 조절 네트워크의 진화 과정에서 고장 난 네트워크가 다시 정상 상태의 네트워크로 돌아올 수 있음을 우리가 시뮬레이션을 통해 알아냄으로써 인류가 앞으로 다양한 암세포에 적용할 수 있는 보편적인 가역 치료 원리를 발견할 수도 있지 않을까라고 하는 가능성에 한 발 더 다가갔다라고 하는 측면에서 그 의의를 찾아볼 수 있을 것 같습니다.

서현아 앵커 

네, 지금도 암으로 고생하시는 분들이 정말 너무 많은데 난치성 암 치료에 한 발 더 다가설 수 있게 되기를 바랍니다. 

오늘 말씀 잘 들었습니다.