본문으로 바로가기

기술동향

암의 물리적 특성들

  • 등록일2021-05-04
  • 조회수6713
  • 분류기술동향 > 레드바이오 > 의약기술
  • 자료발간일
    2021-05-04
  • 출처
    생물학연구정보센터(BRIC)
  • 원문링크
    https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=3765
  • 키워드
    #암#암의특징#네이처 논문
  • 첨부파일


암의 물리적 특성들

 

◈ 요약문

전통적으로 암은 세포의 분열, 분화 그리고 사멸을 조절하는 유전자에 돌연변이가 생겨 발생하는 세포유전질환으로 여겨져 왔으나, 최근 들어 암의 미세환경 또한 암의 발생, 진행, 면역감시 회피, 치료반응 등에 관여하는 것이 알려지고 큰 주목을 받게 되었다. 암세포는 증식하면서 주변 환경의 구조와 기능을 생화학적 그리고 물리/기계적으로 변형을 시킨다. 결과적으로 이러한 물리적 변성은 암세포와 미세환경 모두에 영향을 끼치며 암 진행을 촉진시키거나 치료에 내성을 갖게 할 수 있다. 본 리뷰에서는 암의 진행과 치료 내성에 관여하는 4가지 물리적 특성들에 대해 정의하고, 이러한 물리적 변화의 원인, 결과, 그리고 생물학적 암의 전형적인 특징들과 어떻게 연관되는지 고찰해볼 것이다.
키워드: 종양, 암, 물리적 특성, 기계적 특성
분야: Biophysics, Cancer Biology/Oncology, Medicine
본 자료는 Physical traits of cancer. Science. 370(6516), eaaz0868 (2020). 의 논문을 한글로 번역, 요약한 자료입니다.
 

◈ 목차
 

1. 들어가며
2. 암의 4가지 물리적 특성들
  2.1. 고형 압박과 탄성 에너지
  2.2. 간질액 압박
  2.3. 견고성(탄력성)
  2.4. 기질 구조
3. 전망
 
 

◈ 본문
 

1. 들어가며
 
암은 일반적으로 세포의 분열, 사멸, 대사 등을 조절하는 유전자에 생긴 돌연변이에 의한 세포질환으로 여겨져 왔다. 2011년에 Hanahan과 Weinberg가 제안한 암의 생물학적 전형적인 특징 8가지는 이러한 암세포의 주요 특징들을 잘 기술해주면서 암을 이해하는 데에 도움이 되는 개념적 토대를 제공해 주었다(참고로 Hanahan과 Weinberg가 2편의 리뷰 논문에서 제안한 암의 8가지 전형적인 특성은 다음과 같다: 1. 지속적인 세포 분열 신호, 2. 성장 억제 신호 회피, 3. 세포사멸 저항, 4. 무한 세포 분열, 5. 혈관 생성 촉진, 6. 조직 침범 및 전이 활성화, 7. 에너지 대사활동의 변화, 그리고 8. 면역 파괴로부터 회피). 이러한 암의 생물학적 특징들은 세포 수준에서 암을 개념화시키는 데에 큰 도움이 됐지만, 최근의 여러 연구들을 통하여 암의 미세환경 또한 암의 발생과 진행에 기여하는 공모자라는 사실이 밝혀졌다. 암은 자라면서 주변 조직을 생화학적 그리고 물리적으로 변형시키는데, 이러한 변형은 암세포와 주변 미세환경에 영향울 줄 수 있는 물리적 기형을 유발하게 된다.
 
암을 이해하는 데에 필요한 보다 더 포괄적인 개념적 토대를 완성하기 위해서, 이 리뷰 논문에서는 기존에 정의된 8가지 생물학적 특징(Hanahan과 Weinberg, Cell, 2000 그리고 Cell, 2011) 외에도 암의 물리적 기형에 기반한 4가지 추가적인 특징을 제시하고자 한다. 그림 1에 보여지듯, 이 4가지 특징들은 개념적으로는 별개의 것들이지만, 서로 상승작용을 일으키며 상호작용을 할 수 있고, 더불어 기존의 8가지 암의 생물학적 특징들을 악화시킴으로써 암세포의 분열, 전이, 면역감시 회피, 치료 내성 등을 촉진할 수 있다.
 
 

1.png

2. 암의 4가지 물리적 특성들
 
 
2.1. 고형 압박과 탄성 에너지
 
“잔류응력(residual stresses)”이라고도 알려진 고형 압박(solid stresses)은 압축력(compressive), 인장력(tensile), 전단 변형력(shear)과 같은 기계적 힘들을 일컬으며, 세포나 세포외 기질(extracellular matrix)의 고형 탄성 요소들 속에 내재하거나, 그 요소들 사이에서 전달된다. 고형 압박의 크기는 파스칼(Pa) 혹은 밀리미터 수은주(mmHg)로 표시하고, 약 0.7 mmHg인 교아 세포종(glioblastoma)에서부터 75 mmHg인 췌장 관세포암(pancreatic ductal adenocarcinoma)에 이르기까지 다양하게 분포한다. 암에서 고형 압박을 유발하는 다양한 기작들에 대해서 자세히 알아보겠다.
 
첫 번째, 세포 분열, 세포 침투, 그리고 기질 침착에 의한 조직의 부피 증가.
이렇게 증가한 부피는 암 조직 안팎에 존재하던 점탄성 구조(viscoelastic structures)를 밀어내고 암과 주변 조직에 고형 압박을 일으키게 된다. 따라서, 항암치료로 암 세포 숫자가 줄어들게 되면 고형압박이 감소하고 암조직 주변 혈관들에 가해지던 압박도 줄어들게 된다.
 
두 번째, 암조직 주변 정상조직의 변형.
어떤 암들은 잘 억제된 채 결절성 덩어리로 자라며 이러한 암들은 주위의 정상 조직과 공존하면서 주변 정상 조직을 밀어내어 기계적 스트레스를 증가시킨다. 한편, 어떤 암들은 주변 정상 조직의 취약한 부분을 찾아서 침투하며 정상 조직과 섞여서 성장하는데, 이런 경우 전자에 비해 약한 고형 압박이 생기게 된다.
 
세 번째, 수분 흡수로 인한 붓기.
Hyaluronic acid와 같은 기질 내 복합 다당류가 삼투압으로 인해 수분함유량을 증가시키고, 이렇게 암조직 내에 증가한 수분은 유압과는 다른 형태의 고형 압박을 유발하게 된다.
 
네 번째, Actomyosin에 의한 세포 수축.
섬유아세포(fibroblasts), 면역세포 그리고 암세포들은 암조직 내에서 이동하거나, 망가진 조직을 복구하려고 할 때 기질을 수축시킬 수 있다. 세포수축은 세포외 기질을 수축시키는 인장력을 발생시키고 암조직의 일부분에 장력을 유발하게 되는데, 이는 곧 다른 부분을 압박함으로써 평형을 이루게 된다.
 
1997년에 고형 압박이 암의 성장을 억제할 수 있다는 것이 처음 보고되었는데, 이러한 물리적 힘은 주변 혈관이나 림프관을 압박할 수 있을 만큼 커서 혈류 유입이 줄어들면, 저산소증(hypoxia)을 유발할 수도 있고, 암세포의 전이를 촉진하거나, 항암제나 면역치료제의 접근을 막을 수도 있다는 것이 차차 밝혀졌다. 암세포와 정상세포는 외부로부터 가해진 물리적 힘을 감지할 수 있는 기계 자극 반응시스템을 가지고 있는데, 세포-세포외 기질 혹은 세포-세포 사이의 힘에 직접적으로 반응하거나, 고형압박에 의해 변형된 세포외 기질의 변화에 간접적으로 반응하기도 한다.
 
세포핵 또한 외부의 고형 압박에 반응할 수 있는데, 외부 힘에 의해 핵이 변형되면, 핵기공복합체(nuclear pore complex)의 활성을 조절함으로써 전사효소의 출입이 조절된다. 특히, 세포가 좁은 통로를 지나게 되면 핵에 큰 동요가 생기고, 이는 곧 유전자 발현에 변화가 생기거나 DNA 복구작업을 유발하기도 한다.
 
YAP/TAZ는 물리적 자극에 반응하는 대표적인 기계 자극 반응 요소로 알려져 왔는데, 세포팽창이나 세포 과밀집과 같은 외부자극을 감지하게 되면, 세포질에서 핵으로 이동하게 된다. 암세포의 YAP/TAZ가 활성화되면 세포분열 증가, 세포주기 조절, anoikis 극복 그리고 세포사멸 등을 통해 종양의 악성화에 기여하게 된다. 이러한 YAP/TAZ 조절에는 F-actin과 Rho GTPase 단백질이 관여하는데, 이는 곧 F-actin과 Rho GTPase를 조절하는 약물들을 통해서 YAP/TAZ를 조절할 수도 있음을 의미한다.
 
고형 압박은 기질 구성 물질들에 축적되기 때문에, 파생되는 많은 문제들은 기질 물질을 분해하거나, 섬유화를 감소시키는 약들을 이용해 완화시킬 수 있다. 일례로, angiotensin receptor 1 blocker인 losartan은 이자암 동물 모델에서 고형 압박을 완화시킴으로써, 혈관에 가해진 압력을 감소시키고 이는 곧 항암제의 접근성을 증가시켜서 생존율 증가를 가져왔다. Losartan은 현재 임상시험 중이고, 이 외에도 몇 가지 후보 물질들이 전임상 모델에서 비슷한 결과를 보여주었다. 이와 같이 고형 압박을 완화시켜주는 접근법은 면역치료와 같은 다른 치료들의 효과도 높여 줄 수 있을 것이다.

 

 

...................(계속)

 

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.


목록 스크랩
관련정보

지식

동향

발간물

자료 추천하기

받는 사람 이메일
@
메일 내용