바이오인

종양을 구성하는 세포의 이질성은 아주 오래된 얘기다. 이러한 세포의 이질성이 주목 받는 이유는 특히 암을 분류하고 진단하며 이에 맞는 치료를 선별하는 데 중요하기 때문이다. 다행스러운 것은 최근 급속도로 발전한 기술 덕분에 이러한 종양을 구성하는 각 세포의 이질성을 하나의 세포 수준에서 분석하기가 쉬워졌다는 점이다. 실제로 종양 세포뿐만 아니라 순환성 종양 세포(circulating tumor cells, CTCs), 산재성 종양 세포(disseminated tumor cells, DTCs), 순환성 종양 DNA (circulating tumor DNA, ctDNA), 비-세포성 DNA (cell-free DNA, cfDNA) 및 암 줄기 세포(cancer stem cells, CSCs) 등을 표적 분석 대상으로 단일세포 분석이 이루어지며, 단일세포의 형태 및 표현형 분석법인 세포 이미징과 면역 염색법 외에도 단일세포 서열분석 및 웨스턴 블랏 등의 유전체학 및 단백질체학을 이용한 분석법을 본서에서 알아보고자 한다. 이를 통해 암을 구성하는 개별 세포의 이질성을 이해하고 바이오마커 등을 사용한 정확한 진단 및 최적의 치료법 선별을 기반으로 정밀 의학의 초석을 제공할 것이다.

 

목 차

1. 서론
2. 종양 내 단일세포의 이질성과 임상적 의의
  2.1 바이오마커를 이용한 암의 진단
  2.2 단일세포의 이질성이 암 치료에 미치는 영향
3. 단일세포의 이질성 연구 대상
  3.1 종양 조직 세포
  3.2 순환성 및 산재성 종양 세포(Circulating or disseminated Tumor Cells)
  3.3 암 줄기 세포(Cancer Stem Cells, CSCs)
  3.4 순환성 종양 DNA (Circulating tumor DNA)와 비-세포성 DNA (cell-free DNA)
4. 단일세포의 이질성 연구 영역과 방법
  4.1 세포의 형태와 표현형
  4.2 유전체학과 단백질체학
5. 결론
6. 참고문헌

1. 서론

단일세포에서 후성유전학적인 변화가 생기거나 유전자의 돌연변이가 발생할 경우 종양이 발생되며[1], 종양 내에 존재하는 세포의 이질성은 하나의 단일세포 혹은 새로 분열한 세포에서도 일어난다[2]. 단일세포의 이질성은 세포의 모양, 유전체 혹은 단백질체의 다양성으로 나타나며 이는 암 진단과 치료에 중요한 걸림돌이 되고 있다. 다행스럽게도 최근 암을 구성하는 단일세포의 다양한 연구를 통해 암의 발생, 진행 및 전이와 약물내성을 이해하는 데 큰 진전이 있었다. 따라서 다양한 암에서 단일세포의 연구 사례를 통해 세포 모양, 표현형, 유전체와 단백질체 등의 세포마다 다양한 특성과 또한 이들의 분석방법을 본 동향 분석에서 살펴 볼 것이다. 이는 암을 진단하는 데 새로운 바이오마커를 찾고, 적절한 치료를 선별하는 데 도움이 될 것이다[3].

2. 종양 내 단일세포의 이질성과 임상적 의의

단일세포의 이질성은 암을 진단하고 치료하는 데 중요한 이슈이다. 왜냐하면 단일세포의 이질성을 제대로 이해해야 이를 기반으로 정확한 바이오마커를 선별할 수 있고 이를 이용하여 암을 진단할 수 있으며 또한 적절한 약물을 선택함으로써 효과적으로 치료하고 암의 재발을 막을 수 있기 때문이다(그림 1).

2.1. 바이오마커를 이용한 암의 진단

지금까지 여러 암과 관련된 돌연변이 유전자가 특정 유형의 암을 진단하는 바이오마커로써 임상에서 유용하게 사용되고 있다. 예를 들면, B-Raf의 돌연변이는 흑색종(melanoma)에, EGFR의 돌연변이는 비소세포폐암(non-small-cell lung cancer, NSCLC)에, KRA 돌연변이는 대장암 진단에 사용되고 있다[4]. 그러나 현재까지 단일세포의 이질성을 고려한 효과적인 단일 바이오마커는 거의 없는 것으로 보인다. 따라서 이들 특정 암과 연관된 돌연변이 바이오마커를 가지고 있지 않은 극소수 암 세포를 포함하고 있는 경우 정확히 암을 진단하기까지 시간이 지연될 것이다. 그러므로 암을 진단하기 위해서는 좀 더 세밀하고 포괄적인 분석이 필요하다. 다행스러운 것은 최근 이 분야의 기술의 발달로 효율적이며 실제적인 검사 플랫폼이 개발되어 단일세포 수준에서 이러한 이질성을 연구하고 있으며 유전체뿐만 아니라, 후성유전체와 단백질체 측면에서 새로운 바이오마커들이 발굴되고 있다. 예를 들면, 항체 단편 LH7이 유방암 진단과 치료에 새로운 특이적 바이오마커가 될 수 있음이 보고된 바 있다[5]. 단일세포 수준에서 분자 바이오마커를 발굴하는 것은 암의 병리 기전을 이해하고 암을 세부적으로 분류하며 좀 더 정확히 진단하는 것을 향상시켜 궁극적으로 암 환자의 생존율을 증가시킬 수 있다. 결국 이러한 전략은 단일세포 수준의 바이오마커를 기반으로 한 암 진단에서부터 분류와 적절한 치료법을 선별하기까지 일련의 통합 과정으로 암 환자 치료에 더 효과적일 것이다.