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- 수많은 종류의 암의 공통점은 특정 세포 유형이 통제를 벗어나 통제되지 않고 성장
- 암은 본질적으로 유전병이다. 적어도 지난 30년 동안 사람들은 그렇게 생각
- 새로운 연구, 유전자 돌연변이는 종양 발달에 절대적으로 필요한 것은 아니다.
- 이 발견이 포유류와 같은 보다 복잡한 유기체에도 적용될 수 있는지는 아직 불분명

암은 DNA 돌연변이 없이도 발생할 수 있다.
종양은 순전히 후성유전적인 원인을 가질 수 있다.

유전자의 문제일 수도 아닐 수도:
잘 알려져 있듯이 종양은 DNA의 돌연변이나 손상으로 인해 발생하며, 이로 인해 세포가 퇴화된다. 그러나 한 연구팀이 “Nature”에 보고한 것처럼, 게놈의 순전히 후성유전학적 변화도 암을 유발할 수 있는 것으로 보인다. 게놈의 이러한 화학적 침전물은 유전 정보의 판독을 차단하거나 향상시켜 종양을 유발한다. 유전자 자체는 변하지 않지만 조절 메커니즘은 중단된다. 

▲ 후생적 스위치인 Polycomb 단백질의 발현 감소로 인해 발생하는 종양의 예. 왼쪽에서는 정상적인 발달 과정에서 초파리 눈의 전구체 조직을 볼 수 있고, 오른쪽에서는 후생유전학적으로 유발된 종양이 있는 동일한 조직을 볼 수 있다. DNA는 파란색으로 표시된다. 세포 끝에 위치한 단백질을 녹색으로 표시하여 종양 세포가 조직 내에서 다르게 조직되는 것을 시각화한다. 규모: 100미크론. © Giacomo Cavalli

암은 전 세계적으로 가장 흔한 사망 원인 중 하나다. 수많은 종류의 암의 공통점은 특정 세포 유형이 통제를 벗어나 통제되지 않고 성장한다는 것이다. 유발 요인은 일반적으로 단백질 기능과 기타 세포 과정을 손상시키는 염색체 손상이나 DNA 돌연변이다. 암은 본질적으로 유전병이다. 적어도 지난 30년 동안 사람들은 그렇게 생각했다.

그러나 최근 연구에 따르면 후성유전체는 DNA 외에도 세포 기능 및 암에 중요한 역할을 한다. DNA 가닥의 이러한 화학적 침전물은 세포의 게놈에서 어떤 유전자가 읽혀지는지를 조절하고 이에 따라 이 세포가 받는 특성과 기능(예: 뉴런 또는 피부 세포로 기능하는지 여부)을 결정한다. 그러나 후생유전학이 종양 형성에 미치는 영향은 얼마나 크며 영구적인 DNA 돌연변이 없이 암이 완전히 발생할 수 있을까?

유전자 스위치가 눈에 띈다

프랑스 몽펠리에 대학의 빅토리아 파레노(Victoria Parreno)가 이끄는 연구팀은 이제 초파리(Drosophila)를 사용해 이러한 질문을 조사했다. 이를 위해 의사들은 의도적으로 동물의 게놈에 후생적 변화를 일으킨 다음 이를 치료했다. 그들은 소위 Polycomb 단백질에 집중했다. 이러한 후성유전적 스위치는 세포에 중요한 다양한 유전자와 신호 전달 경로를 조절한다. 많은 유형의 인간 암에는 이러한 스위치에 결함이 있다.

Parreno와 그녀의 동료들은 분자 억제제를 사용해 발달 중인 파리 유충의 눈에서 이러한 Polycomb 단백질을 차단했다. 24시간 후, 그들은 억제제를 제거하고 폴리콤 단백질을 다시 방출했다. 한편, 연구자들은 이 일시적인 개입이 갖는 유전적 및 세포적 영향을 관찰했다.

장기간 활성 유전자가 암을 유발한다.

테스트 결과, 파리 게놈의 일부가 더 폴리콤(Polycomb) 단백질에 반응하지 않고 대신 발현을 자체 조절하는 것으로 나타났다. 팀이 보고한 바와 같이, 수십 개의 유전자가 후성유전적 스위치와 독립되어 정상보다 영구적으로 다소 활성화되었다. 그 결과, 무엇보다도 사이토카인 그룹에서 더 많은 신호 단백질이 생성되었고 중요한 세포 신호 전달 경로(JAK-STAT)가 지속적으로 활성화되어 세포 분열, 즉 세포가 퇴화됐다.

이로 인해 파리 조직에 종양이 형성되었고, 종양을 유발했던 후생적 신호가 역전된 후에도 종양은 계속해서 성장했다. 대조군이 보여주듯이 유전자 서열 자체는 변하지 않은 채로 남아 있었다. 유충은 종양 성장이 시작된 지 11일 만에 사망했다. 그러나 그러한 종양이 이식된 성체 초파리에서는 암이 더욱 퍼져 공격적인 전이가 발생했다고 Parreno와 그녀의 팀이 보고했다.

종양학의 패러다임 변화

이번 연구는 암이 후성유전적 요인에 의해서도 발생될 수 있다는 사실을 처음으로 보여주었다. 이는 "종양 성장을 지원하는 자립적 후성유전적 상태"로 이어진다고 프라이부르크 대학의 생물학자 안네-카트린 클라센(Anne-Kathrin Classen)은 이번 연구에 대한 논평에서 썼다. 따라서 유전자 돌연변이는 종양 발달에 절대적으로 필요한 것은 아니다. 이번 연구 결과는 암 의학의 패러다임 전환을 정당화한다.

동시에 이번 연구 결과는 맞춤형 암 치료의 새로운 가능성을 열어줄 수 있다. 그러나 이를 위해서는 먼저 이번 연구 결과가 인간에게도 적용되는지를 검토해야 한다. Classen은 “이러한 발견이 포유류와 같은 보다 복잡한 유기체에도 적용될 수 있는지 여부는 아직 밝혀지지 않았다”며 "인간의 경우, 특정 식이요법이나 약물, 화학 물질에 대한 노출 등 개인의 생활사에 특정한 환경적 영향으로 인해 일시적인 후성유전학적 변화가 발생할 수 있다. 이러한 변화가 실제로 우리 몸에 암을 유발하는지는 불분명하다"고 말했다.
(Nature, 2024; doi: 10.1038/s41586-019-0000-0)
출처: Universität Montpellier(몽펠리어 대학교)/CNRS/CNRS

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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