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핵심내용

뇌종양, 시공간적 유전체 분석으로 정밀의료 실현에 다가서다
- 시공간적 유전체 분석 및 약물스크리닝 적용, 맞춤치료의 임상 효과성 입증 -
- 복지부 지원으로 연구 수행, 세계 최고 권위 학술지‘네이처 제네틱스’게재 -

□ 보건복지부(장관 정진엽)는 국내 연구진이 뇌종양 유전체의 시공간적 구조 분석을 통해 최적의 표적치료 전략을 제시한 연구결과가 세계 최고 학술지 중 하나인 ‘네이처 제네틱스 (Nature Genetics)’에 게재될 예정(17.4.1)이라고 밝혔다.

 ○ 이번 연구는 보건복지부(선도형 특성화연구사업)의 지원을 받아 삼성서울병원 난치암연구사업단 남도현 교수팀이 미국 콜롬비아대학 라울 라바단 교수팀과의 협력하여,

   - 의료영상 및 유전체 등 다차원의 데이터를 융합한 시공간적 진화 모델 구축 및 첨단 수학적 모델링 기법을 적용한 맞춤치료 전략을 실제 환자에게 검증하여 얻은 성과이다.

※ 게재 논문 정보

- 저널명 : Nature Genetics (IF 31.616)
- 논문명 : Spatiotemporal genomic architecture informs precision oncology in glioblastoma
- 저자정보 : (제1저자) 이진구, 사경하(삼성서울병원),
                      Jiguang Wang, Erik Ladewig(미국 콜롬비아대학)
            (교신저자) 남도현, 박웅양(삼성서울병원), Raul Rabadan(미국 콜롬비아대학)

 ○ 이번 연구는 뇌종양 환자에게 최적의 표적 치료법을 결정할 수 있는 전략을 제시함으로써 암정밀의료의 실현을 앞당길 수 있는 성과로 평가받고 있다.

   - 남도현 교수팀은 이번 성과 이외에도 2015년 뇌종양의 재발위치에 따른 시간적 유전체 진화 패턴의 규명 (Cancer Cell, IF 23.214), 2016년 한국, 미국, 일본, 이탈리아 등 전 세계적으로 대규모 환자군의 유전체 분석을 통해 항암치료에 의한 종양의 진화 패턴을 규명(Nature Genetics, IF 31.616)하는 등 뇌종양의 정밀의료 실현을 위한 연구를 수행해 오고 있다.

□ 이번 연구는 뇌종양 중 치료가 힘든 악성뇌종양인 교모세포종의 치료법 개발을 위해 종양 내 다부위 검체 및 원발암-재발암 짝 종양의 유전체 다차원 데이터를 융합 분석하여 종양의 시공간적 진화 패턴을 규명한 것이다.

 ○ 국내 52명의 교모세포종 환자로부터 127건의 다부위 및 원발암-재발암 짝 유전체 구조 및 약물반응성을 분석한 결과, 서로 근접한 부위에서 채취한 조직들 또는 원발암과 근거리에서 재발한 종양의 경우 매우 유사한 유전체 발현 및 변이 양상을 보이지만 서로 떨어져 있는 종양으로부터 획득하거나 원발암과 원거리에서 재발한 종양의 경우 상대적으로 상이한 유전체 발현 및 변이 양상이 나타나는 것을 발견하였다.

 ○ 이를 통해 의료영상 및 유전체 등을 융합한 데이터 기반의 첨단 수학적 모델링 기법을 활용하여 종양의 시공간적 유전체 진화 모델을 체계화한 것이다.

□ 또한 PIK3CA 유전자의 돌연변이가 공간적으로 멀리 떨어져 있는 두 종양의 발생에 공통적으로 관련이 있음을 규명하고, 이를 표적으로 하는 PI3K 억제 약물의 임상 적용 가능성을 환자의 세포에서 확인하였다.

 ○ 이는 종양 발생 및 진화 초기와 관련되어 있는 원인 유전체 변이를 선별하여 이를 타겟으로 하는 표적 치료를 실제 환자에게 적용함으로써 정밀의료 실현 기반을 마련한 것으로 평가받고 있다.

    * PIK3CA 유전자 : PI3K 신호 경로 유전자로써 돌연변이 발생 시 종양 발생에 주요 역할을 하는 유전자
    * PI3K : 많은 고형암에서 활성화 되어 있는 신호 경로이며, 암의 생존, 성장, 전이 및 항암제 내성에 중요함

□ 난치암연구사업단의 남도현 교수는 “세계 최고 권위의 학술지에 게재함으로써 국제적으로 인정받은 그 동안의 성과를 개인 유전체 정보 기반 정밀의료에 적용함으로써 난치암 환자의 치료에 기여할 수 있기를 소망한다.”고 밝혔다.

□ 복지부 관계자는 “이번 연구는 맞춤·정밀의료의 실현 가능성이 높은 암 질환에 적용될 대표적인 성과로, 이러한 원천기술들이 지속적으로 발굴되고, 실제 임상에 적용될 수 있도록 R&D 지원에 힘쓸 계획”이라고 밝혔다.

상세내용

연구결과 개요

□ 연구배경
 교모세포종 (Glioblastoma) 뇌종양 중 가장 악성으로 분류되며, 다른 암과 비교하여 방사선 및 항암제 치료에 대한 저항성이 매우 높아 진단 후 기대 생존기간이 1년에 불과하다. 최근 교모세포종의 항암 정밀의료를 위해 종양의 유전체 특성에 따른 개인 맞춤 표적 치료가 시도되고 있으나, 성공률이 높이 않다. 이러한 치료 실패의 원인 중 하나는 치료 후 재발에 따른 유전체 진화(시간적)와 종양 발생위치에 따른 유전체 다양성(공간적) 때문이다.

□ 연구내용
 52명의 신경교종 환자로부터 127건의 다부위 및 원발암-재발암 짝 유전체 구조 및 약물반응 결과를 수학적 모델링 기법을 활용하여 분석함으로써 종양의 시간-공간적 유전체 진화 모델을 확립하였다. 다부위 유전체 및 약물반응을 다차원 빅데이터 머신러닝 분석 기법을 활용하여 조상 유전자를 선별하고, 그에 따른 치료 전략의 임상 적용 가능성을 제시하였다. 또한 특정 PIK3CA 유전자의 변이가 다원 진화 종양 발생과 유의한 관련이 있음을 규명하고, 표적 치료 반응 효과를 확인하였다.

□ 기대효과
 기존의 단편적인 유전체 검색을 통한 표적 도출은 종양 이질성 및 진화패턴에 대한 반영이 어렵기 때문에 환자에게 가장 적절한 치료법을 제시하는데 한계가 있었다. 본 연구 결과는 첨단 수학적 모델링을 이용하여 뇌종양 환자의 유전체 진화 및 종양 발생위치에 따른 유전체 다양성을 규명함에 따라 최적의 치료 표적 도출을 통한 차세대 정밀의료 실현에 기반이 될 것이다.

 연구성과 문답

□ 이번 성과 뭐가 다른가

한국과 미국을 중심으로 글로벌 연구 협력 및 데이터 공유를 통해 이뤄낸 성과라는 데 큰 의미가 있음

□ 어디에 쓸 수 있나

기존 치료에 내성을 보이는 뇌종양 재발암 환자의 치료 표적 발굴 및 정밀 의료에 활용 될 수 있음

□ 실용화까지 필요한 시간은

본 연구는 뇌종양 재발암 환자의 맞춤치료법 개발을 위한 기초자료로서, 향후 4~5년 이내에 임상에 활용될 수 있을 것으로 기대됨

□ 실용화를 위한 과제는

국제 공동연구 및 연구협력을 통한 빅데이터 구축 및 실용화를 위한 플랫폼의 고도화가 필요함

□ 연구를 시작한 계기는

매번 실패하기만 하는 뇌종양 치료와의 승부에 도전하기 위해 암중개연구를 시작하게 되었으며, 보건복지부에서 지원하는 난치암연구사업단에 선정되어 신개념의 치료를 현실화시킬 수 있는 인프라를 구축하고, 활발한 연구를 수행할 수 있었음

□ 에피소드가 있다면

2015년 켄서셀(Cancer Cell) 학술지에 유전체 진화 패턴에 대한 연구결과가 게재되고 각 국의 연구자에게 협력 연구 제의가 들어왔음. 그 중 미국 콜롬비아 대학의 라울 라바단 박사팀과 협력연구를 수행하였으며, 암유전자의 진화 패턴에 대해 2016년 6월 네이처 제네틱스(Nature Genetics)에 게재함에 이어 이번 성과가 두 번째 협력 연구 성과임

□ 꼭 이루고 싶은 목표는

난치암 환자에게 맞춤 치료법을 제시해 새로운 희망을 주고, 더 나아가 정밀의료를 실현하는 데 이바지 하고자 함

□ 신진연구자를 위한 한마디

실패했다고 포기하지 않고 언젠가는 반드시 이루어질 것이라는 긍정적인 마인드가 가장 중요하다고 생각함

...................(계속)

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