“암세포를 정상으로 되돌린다” KAIST, 세포 운명 바꾸는 ‘잠금장치’ 찾았다

- 조광현 교수팀, 세포 변화 고착시키는 ‘분자 잠금장치’ 규명

이번 연구를 수행한 KAIST 연구진. 이종훈(뒷줄 왼쪽부터), 장성훈 박사, 코빈 하퍼 박사과정, 조광현 교수.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 한번 암세포처럼 비정상적인 상태로 굳어진 세포를 다시 정상 상태로 되돌릴 수 있는 새로운 가능성을 제시했다.

KAIST는 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 세포 내 분자 네트워크에서 한번 일어난 상태 변화를 되돌아가지 못하게 만드는 핵심 회로를 규명하고, 이를 제어해 세포를 이전 상태로 되돌릴 수 있는 원천 제어기술 ‘루트(ROOT)’를 개발했다고 21일 밝혔다.

우리 몸의 세포는 외부 자극에 반응해 성질과 기능을 변화시킨다. 하지만 자극이 사라진 뒤에도 변화된 상태가 그대로 유지되는 경우가 있다. 이를 ‘비가역성(Irreversibility)’이라고 한다.

비가역성은 세포가 특정 기능을 가진 세포로 분화하는 등 정상적인 생명현상을 안정적으로 유지하는 데 필요하다. 반면 암세포가 주변 조직으로 이동하고 침투하는 성질을 갖게 되는 ‘상피-간엽 전이(EMT)’처럼 질병 진행을 촉진하는 원인이 되기도 한다.

세포 내부에는 특정 분자가 다른 분자를 활성화하고 그 분자가 다시 처음 분자를 활성화하는 ‘양성 되먹임 회로’가 수천개 이상 존재한다. 외부 자극이 사라져도 분자들이 서로를 계속 활성화하면서 변화된 세포 상태를 유지할 수 있다. 하지만 그동안 수많은 회로 가운데 어떤 회로가 실제 세포를 ‘돌아올 수 없는 상태’로 만드는지 찾아내는 데 어려움이 있었다.

연구팀이 개발한 ROOT는 세포 내 분자들이 서로 영향을 주고받는 관계를 컴퓨터 논리 모델로 구현하고 외부 자극이 들어왔다가 사라지는 전 과정을 모사한다. 이를 통해 세포를 변화된 상태에 붙잡아 두는 핵심 회로 집합인 ‘비가역성 커널(Irreversibility kernel)’을 찾아낸다.

쉽게 말해 복잡하게 얽힌 수천개의 전선 가운데 실제로 문을 잠그고 있는 전선만 찾아내는 방식이다.

연구팀은 이를 토대로 세포 상태를 되돌리는 두 가지 제어 방법도 제시했다. ‘리셋 제어(Resetting control)’는 세포의 비가역적 성질은 유지하면서 현재 상태만 변화 이전으로 돌린다. ‘역전 제어(Reversing control)’는 비가역성을 만드는 원인 자체를 제거해 세포가 서로 다른 상태 사이를 오갈 수 있도록 한다.

비가역적 세포 상태천이의 원인을 규명하고 제어하는 루트 프레임워크.[KAIST 제공]

연구팀은 ROOT를 B세포 분화와 폐암의 상피-간엽 전이, 단일세포 전사체 데이터를 기반으로 한 장세포와 베타세포 분화 등 다양한 생물학적 모델에 적용했다.

그 결과 기존 연구에서 세포의 상태와 분화를 결정하는 것으로 알려진 주요 인자와 일치하는 원인 회로를 찾아냈다. 실제 실험 데이터를 기반으로 구축한 분자 네트워크에서도 세포 상태를 되돌릴 수 있는 제어 방법을 제시했다.

이번 연구는 암이나 노화 등으로 비정상적인 상태에 고착된 세포를 단순히 제거하는 기존 접근을 넘어, 세포를 비정상 상태에 붙잡아 두는 핵심 회로를 제어해 정상 상태로 되돌리는 새로운 치료전략 개발에 활용될 것으로 기대된다.

조광현 교수는 “이번 연구는 한번 변하면 되돌아가지 않는 세포의 원인 회로를 찾아내고 이를 제어해 세포를 이전 상태로 되돌릴 수 있는 기술을 개발한 것이 핵심”이라며 “향후 암과 노화 등에서 비정상적으로 굳어진 세포 상태를 정상으로 되돌리는 새로운 치료전략 개발에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’에 게재됐다.