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암의 진화, 자연선택 요소와 관련 있어
2019-06-11 09:00:03
강민경
▲두 개로 나뉜 암세포(출처=123RF)

[리서치페이퍼=강민경 기자] 암 치료법을 개선하고 암을 극복할 방법을 찾는 연구가 계속해서 진행되는 가운데, 많은 과학자들이 암의 진화에 초점을 맞추고 있다. 진화란 세포 수준에서 일어나는 생물학적 현상인데, 진화 과정을 알면 다양한 장점이 있다. 하지만 이것은 쉬운 일이 아니다. 예를 들어 자연선택은 게놈이 어떻게 적응할지를 결정하지만, 그 규칙이 암의 게놈 진화에도 적용되는지 여부는 아직 확실하지 않다. 다른 생물의 암에 초점을 맞츤 연구도 있다. 이런 경우 다른 생물의 세포 데이터가 인간의 몸에서의 암에 관한 정보를 줄 수 있는지가 관건이다.

스페인 바르셀로나에 본사를 둔 게놈제어연구소(Center for Genomic Regulation)의 연구진은 자연선택 하에서 유전자를 검출하는 새로운 방법을 제시했다. 그리고 이 과정에서 여러 유전자가 음성선택의 영향을 받는다는 사실을 발견했다. 음성선택이란 세포에 유전자가 도입되었을 때 그 형질이 발현됨으로써 사멸되는 선택 조건을 뜻한다. 돌연변이 축적 방지를 위한 일종의 자연 선택이기도 하다. 돌연변이 축적은 세포의 건강을 저하시킨다. 그러나 암세포의 전반적인 발달에는 음성선택이 중요한 역할을 한다.

역사적으로 전 세계의 많은 연구진은 소위 암 유발 유전자를 확인하기 위해 노력했다. 암 유발 유전자는 세포의 악성 종양 생성 및 종양의 진행과 관련이 있다고 알려진 유전자다. 암을 유발하는 유전자는 암 발병에 매우 광범위한 영향을 미치므로 유전체학 연구의 대부분은 양성선택에 집중돼 있었다. 양성선택이란 암 유발 유전자 내에서 돌연변이를 촉진시키는 진화 메커니즘이다. 하지만 이 사안에 의도적으로 반대 의견을 제시하기 위해 암 유전체에서 검출 가능한 음성선택이라는 현실이 있다는 점을 인정한 연구진도 있다. 음성선택은 자연선택과 대조되는 개념으로 연구의 실험 방법론은 음성선택이 종의 진화에서 중요한 역할을 했지만 암 진화에 있어서는 다소 작은 역할을 했을 것이라는 가설을 세웠다.

생물학 체계 디자인 연구소(Design of Biological Systems lab)의 과학자 마틴 셰퍼와 튀빙겐 의학 유전 및 응용 유전학 연구소(Institute of Medical Genetics and Applied Genomics)의 과학자 슈테판 오소브스키는 음성선택 하에서 유전자를 확인하는 새로운 수단을 고안해냈다. 셰퍼는 "음성선택이 암 발달에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 이것은 논쟁의 여지가 있다. 왜냐하면 여태까지 암 연구에서는 양성선택에 중점을 두고 있었고, 이번 새로운 발견은 역사적인 연구 내용에 정면으로 도전하는 것이기 때문이다"라고 말했다. 연구진은 7,500개가 넘는 진유전체를 연구했다. 그리고 암게놈아틀라스(The Cancer Genome Atlas, TCGA)가 분류한 26종의 종양에서 음성선택의 영향을 받은 면역 노출 단백질 좌위를 발견했다.

셰퍼는 "이것은 암 게놈을 형성하는데 음성선택이 실질적인 영향을 준다는 것을 알아낸 최초의 대규모 연구다. 우리는 암 게놈을 형성하는 데 음성선택이 관여한다는 것을 실험했다. 즉 음성선택은 과소평가되고 있었다. 음성선택은 세포 기능이나 면역 반응 등과 관련된 특정 위치에서 더 강하게 작용할 수 있다. 이 연구 결과는 향후 암 치료법 개선에 통찰력을 제공할 수 있다"고 덧붙였다.

암세포 진화의 자연선택 요소는 여러 단계에서 중요하지만 특히 다른 종의 감수성을 통해 발견된 취약성을 인간 종의 감수성과 비교할 때 중요한 역할을 한다. 미국 유타대학 연구원 조슈아 시프먼과 동료 과학자들은 이런 내용에 중점을 둔 연구를 진행 중이다. 그들은 "코끼리 또한 생물이기 때문에 암에 걸려야 하는데, 그렇지 않다. 코끼리의 몸에서는 상당히 효과적인 항암 전략이 진화했다"고 설명했다. 그래서 연구진은 코끼리의 게놈을 연구하면 인간의 희귀 암을 치료할 잠재력을 얻을 수 있을 것이라는 가설을 세웠다. 코끼리는 인간보다 100배는 더 많은 세포를 가지고 있지만 거의 암에 걸리지 않는다. 암이라는 질병이 잘못된 세포 분열의 산물이라는 기존 개념에 부합하지 않는 것이다.

코끼리는 인간보다 세포 수가 많으니 암에 더 잘 걸릴 것이라는 예상과 달리 암에 잘 걸리지 않는다. 따라서 유일한 논리적 결론은 코끼리의 유전자 안에 세포 분열 오류로부터 몸을 보호하는 선택 메커니즘이 존재한다는 것이다. 시프먼과 연구진은 애리조나주립대학 연구진과 함께 연구를 진행했다. 그 결과 인간을 포함한 다른 포유류에는 2개밖에 없는 TP53 사본이 코끼리에게는 40개나 있다는 사실이 밝혀졌다. TP53은 신체가 종양으로 변형되기 전에 불량 세포를 죽이는 유전자다. 생물학적 과정에서 매우 중요한 역할을 하는 유전자인 셈이다. 코끼리가 이 유전자의 복제본을 40개나 가지고 있다는 것은 이전에 알려지지 않았던 사실이다. 이 연구 결과는 암 연구의 새로운 돌파구가 될 수 있다.

▲TP53 유전자를 40개나 가지고 있는 코끼리(출처=123RF)

[researchpaper 리서치페이퍼=강민경 기자]

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