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"미토콘드리아 돌연변이 늘면…암·노화 일으켜"

세포 속 미토콘드리아 DNA의 돌연변이 증가가 암 발생 및 노화와 밀접한 관련이 있다는 연구결과가 나왔다. KAIST는 의과학대학원 주영석 교수 연구팀이 산학 공동으로 수행한 미토콘드리아 DNA 돌연변이 연구 결과가 국제 과학학술지 '네이처 지네틱스(Nature Genetics)' 온라인판( 7월 22일)에 실렸다고 24일 밝혔다. 이 연구에는 서울대학교, 연세대학교, 고려대학교 각 의과대학과 국립암센터, KAIST 교원창업기업 '이노크라스'가 참여했다. 연구팀은 31명의 정상 대장 상피 조직과 섬유아세포, 혈액에서 확보한 총 2천96개의 단일세포 전장유전체 서열을 생명정보학 기법으로 분석했다. 이 결과 정상 세포의 90% 이상에서 최소 1개의 미토콘드리아 DNA 변이를 발견했다. 세포 당 평균 3개의 미토콘드리아 DNA 변이가 존재했다. 연구팀은 대부분의 돌연변이는 노화과정에서 생성됐으나, 약 6%는 모계로부터 이형상태(heteroplasmy)로 전달돼 수정란에서부터 존재한다는 것도 확인했다. 노화과정에서 발생하는 돌연변이는 대부분 내부적인 DNA 복제 과정 중에 발생한다는 것을 확인했다는 것이 연구진 설명이다. 미토콘드리아는 세포 에너지 대사 및 사멸에 관여하는 세포소기관이다. 세포핵과 독립적으로 자체 DNA를 가지고 있으며 돌연변이도 발생할 수 있다. 그러나 기술적 한계로 이를 규명하는데는 한계가 있었다. KAIST 안지송 박사과정생은 "암 발생 과정에서 미토콘드리아 DNA 돌연변이 수가 유의미하게 증가했다"며 "이들 변이 중 일부는 미토콘드리아 RNA 불안정성에 기여했다"고 말했다. 연구팀은 관찰된 데이터를 바탕으로 인간의 배아 발생단계부터 노화 및 발암과정에서 미토콘드리아의 발생 및 진화과정을 이해할 수 있는 모델도 구축했다. KAIST 의과학대학원 주영석 교수는 "암 발생 과정뿐만 아니라 인간의 배아 발생과정 및 노화과정에서 나타나는 미토콘드리아 DNA의 변화를 체계적으로 이해할 수 있는 방법을 처음으로 수립했다”고 연구의 중요성을 설명했다.

2024.07.24 23:31박희범

암 돌연변이 DNA 검출 정확도 96%...상용화 계약 '직전'

혈액 내 암 돌연변이 유전자를 1억분의 1수준까지 초고민감도로 검출 가능한 기술이 상용화를 앞뒀다. 현재 일부 업체와 이전 계약을 위한 블라인드 테스트를 진행 중이다. 한국재료연구원(KIMS)은 바이오·헬스재료연구본부 이민영· 박성규 박사 연구팀이 광신호 증폭용 바이오센서 나노소재를 기반으로 암 돌연변이 유전자를 세계 최고 수준인 0.000000001%까지 초고민감도로 검출할 수 있는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다. 연구팀은 폐암 환자(1~4기) 및 정상인 혈액 샘플로 EGFR(상피세포 성장인자 수용체)돌연변이 테스트를 실시한 결과, 임상 진단 정확도는 96%로 나왔다. 연구책임자인 이민영 선임연구원은 "유전자 시퀀싱으로 암 돌연변이 유전자를 검출하는 기존의 'NGS'방식은 통상 20~30%정도 찾아낸다"며 "이번에 개발한 기술은 'NGS' 대비 3~4배 정도 더 정확하다"고 말했다. 연구팀은 "형광신호를 증폭시키는 나노소재 기술과 정상 유전자의 형광 신호를 억제하고, 암 돌연변이 유전자의 형광 신호만 증폭하는 프라이머/프로브 설계를 통해 혈액속에 떠다니는 유전자 1억개 가운데 암돌연변이 유전자가 1개만 포함돼 있어도 찾아낼수 있다"고 덧붙였다. 연구팀은 3차원 고밀도 금나노구조체가 형성된 플라즈모닉 기판에 EGFR 돌연변이 유전자 3종(삭제 돌연변이, 삽입 돌연변이, 점 돌연변이)을 동시에 검출할 수 있는 마이크로 어레이 형태로 바이오칩을 제작했다. 이를 국내 폐암 환자(1~4기) 43명과 정상군 40명을 대상으로 임상 성능을 평가한 결과, 폐암 환자에 대한 임상적 민감도는 93%, 정상군에 대한 임상적 특이도는 100%가 나왔다. 이민영 선임연구원은 "암 양성이 양성으로 나타나는 민감도와 음성을 음성으로 진단하는 특이도를 합쳐, 시험해본 결과 정확도가 96%가량 나왔다"며 "이 정도면 세계 최고 수준"이라고 말했다. 실제 이 기술은 기존에 보고된 기술(NGS·PCR 등) 대비 10만 배 이상 뛰어난 민감도를 나타낸다. 암 돌연변이 유전자를 찾는데 걸리는 시간은 1시간 이내다. 비용도 크게 들지 않는다는 것이 연구팀 설명이다. 현재 연구팀은 폐암을 비롯한 대장암, 유방암, 췌장암 등 다양한 암의 조기진단 기술로 확장 개발을 진행 중이다. 기술이전과 관련해 현재 일부 기업과 블라인드 테스트를 진행 중이다. 연구팀은 요청이 오면 어느 기업과도 협력할 준비가 돼 있다고 언급했다. 이민영 선임연구원은 “다양한 암 돌연변이의 포괄적 검출이 가능하다는 점에서 암 조기진단 및 치료/재발 모니터링 시장의 주역이 될 수 있을 것”이라며 “이를 통해 암 환자의 생존율과 삶의 질이 크게 향상될 것"으로 기대했다. 연구성과는 과학기술정보통신부 나노소재기술개발 사업(주관: 한국재료연구원)의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 국제 학술지인 '스몰 사이언스(Small Science, IF: 11.1/ 제1저자 이지영 박사)'에 온라인(6월 26일자) 및 표지논문으로 게재됐다.

2024.07.22 10:59박희범

극미량 돌연변이도 '뇌전증'...소바젠, "RNA 치료제 개발"

0.1%이하의 극미량 돌연변이 신경세포에 의해서도 뇌 전체 기능 이상을 유발해 뇌전증 발작이 발생할 수 있다는 사실이 규명됐다. 교원 창업 기업 '소바젠'은 이를 기반으로 뇌전증에 잘 듣는 RNA치료제 개발에 나섰다. KAIST는 의과학대학원 이정호 교수팀이 뇌전증 발작의 기전을 규명한 연구결과를 공개했다고 9일 밝혔다. 이 연구결과는 국제 신경 의학 학술지 `브레인(Brain)'에 지난 6월 25일자로 게재됐다. 연구팀은 실험용 쥐의 뇌 조직에 뇌전증 유발 '체성 모자이시즘'을 최소 수백 개에서 최대 수만 개의 세포에 유발시켰다. 이때 8천에서 9천 개 수준의 돌연변이 신경세포가 나타날 때부터, 실험용 쥐가 뇌전증 발작을 일으키고, 관련된 병리가 나타나는 것을 관찰했다. 또 난치성 뇌전증 환자 뇌 조직에서 대용량 유전정보 증폭 시퀀싱을 수행해 정확한 변이 모자이시즘 비율을 측정한 결과, 최소 0.07%에 이르는 뇌전증 유발 체성 모자이시즘이 관찰됐다. '체성 모자이시즘(Somatic Mosaicism)'은 하나의 수정란에서 분열 및 분화를 통해 신체를 이루는 약 30조 개의 세포마다 돌연변이가 발생할 수 있다는 의학 이론이다. 암의 진화뿐만 아니라 비암성 질환에서도 중요한 질병 원인으로 최근 주목을 받고 있다. KAIST 김진태 의과학대학원 연구원(논문제1저자)은 "이번 규명은 약물 치료에 반응하지 않아 수술에 이르는 난치성 뇌전증의 유전적 정밀 진단에 도움을 줄 수 있을 것"이라며 "아직 원인이 밝혀지지 않은 수많은 난치성 신경 정신의학적 질환들이 뇌의 발생과 분화 과정에서 일어나는 극소량의 미세 돌연변이들과 밀접한 관련이 있음을 시사한다"고 설명했다. 이번 연구 성과는 KAIST 교원 창업 기업인 소바젠㈜(대표 박철원, 김병태)이 난치성 뇌전증 환자의 체성 모자이시즘 변이를 정밀 타깃하는 혁신 RNA 치료제 개발에 이용할 예정이다. KAIST 이정호 의과학대학원 교수는 "국소 피질이형성증의 진단법 향상 및 체성 모자이시즘에 의한 뇌 질환 원인 발견에 있어서 중요한 기초를 마련할 것"으로 예상했다. 국소 피질이형성증은 뇌 발달 과정 중 대뇌 피질에 국소적으로 신경세포이상이 발생하는 질환이다. 기존 항뇌전증 약물에 전혀 반응하지 않는 소아 난치성 뇌전증을 일으키는 가장 중요한 원인으로 알려져 있다. 한편 이번 연구는 서경배과학재단, 한국연구재단, 보건산업진흥원 사업의 지원을 받아 수행됐다.

2024.07.09 08:36박희범

원자력연 양성자과학연구단, 태국과 의료용 대마 돌연변이 연구 추진

한국원자력연구원이 태국 치앙마이 대학 등과 대마 돌연변이 등의 연구를 추진한다. 대마는 우리나라에선 마약류로 분류돼 있지만, 태국에선 지난 2022년부터 대마를 의료용으로 합법화했다. 한국원자력연구원은 지난 16일 서울 롯데호텔에서 양성자과학연구단, 한국핵융합에너지연구원 플라즈마기술연구소, 태국 치앙마이대학이 참여한 가운데 '농업 및 바이오 응용 분야에 대한 상호협약'을 체결했다. 이 협약서에는 국핵융합에너지연구원 최용섭 플라즈마기술연구소장, 태국 치앙마이대학 피티왓 와타나차이(Pitiwat Wattanachai) 학장, 한국원자력연구원 이재상 양성자과학연구단장이 서명했다. 연구 테마는 태국 대마다. 이를 양성자가속기 조사를 통해 형질변환(돌연변이) 대마를 생산할 계획이다. 플라즈마 기술을 활용해서는 재배 방법 등을 개선해 기능성을 향상시키겠다는 것이다. 이와 함께 이들은 바이오소재를 의약 소재로 만드는 연구도 진행한다. 대마는 소아 뇌전증, 알츠하이머병 등 난치성 질환 치료 효과를 보이는 칸나비디올(CBD: Cannabidiol)이 주성분이다.정명환 입자빔이용연구부 선임연구원은 "대마 돌연변이를 통해 환각 성분은 낮추고, 약효는 높이는 기능성 연구를 진행하고 싶다"고 말했다. 이재상 양성자과학연구단장은 "치앙마이 대학 요청으로 성사됐다. 잘되면 양성자빔·플라즈마 융복합 기술을 활용해 바이오산업 분야에서 기술 혁신을 이룰 것"이라며 "현재 한국연구재단에 제안서를 제출한 상태로, 평가 결과를 기다리고 있다"고 덧붙였다.

2024.05.17 09:17박희범

방사선 유발 DNA 돌연변이 메커니즘 첫 규명

방사선이 일으키는 DNA 돌연변이 메커니즘이 처음 규명됐다. KAIST(총장 이광형)는 의과학대학원 주영석 교수 연구팀이 동남권원자력의학원 및 서울대학교 연구팀과 공동으로 암치료용 방사선이 일으키는 DNA 돌연변이의 특성을 명확히 밝혀냈다고 15일 밝혔다. 연구진은 실험실에서 인간과 생쥐의 장기에서 채취한 세포에 방사선을 조사, 돌연변이를 유도했다. 이어 세포배양 기술과 유전체 서열분석 기술을 이용해 돌연변이의 양과 패턴을 분석했다.연구진은 “총 200개의 세포 유전체 서열을 들여다본 결과 방사선 피폭 양에 비례해서 특정 패턴의 DNA 돌연변이가 증가한다는 것을 확인했다”며 “통상 1Gy(그레이, 흡수선량 단위)의 방사선량이 세포별로 14개 내외의 돌연변이를 만들어냈다”고 설명했다.우리나라 자연 방사선량은 연간 평균 3.08 mSv(미리시버트)다. 1 mSV를 1mGy로 변환하면, 1Gy의 피폭량은 약 320년치 자연 방사선량에 해당한다. 일반적으로 흉부 엑스레이는 약 0.2 mSv, 암 치료용으로 사용되는 방사선은 60 Sv 내외다. 주영석 교수는 “방사선이 우리 세포의 DNA를 얼마나, 어떻게 변화시키는지에 대한 첫 규명"이라고 의미를 부여했다. 이 연구결과는 14일 국제 학술지 '셀 지노믹스(Cell Genomics)' 온라인판에 공개됐다. 이 연구는 공동 연구기관 외에도 영국 케임브리지 줄기세포 연구소, 오스트리아 분자생명공학연구소(IMBA), KAIST 교원창업기업 '지놈 인사이트' 연구자들이 참여했다. 연구 지원은 한국연구재단, 과학기술정보통신부, 서경배과학재단, 고려대학교 안암병원, 휴먼 프론티어 사이언스 프로그램(HFSP)의 지원을 받았다.

2024.02.15 09:12박희범