국내 한 연구팀이 대규모 암 유전체 구조 변이 해독의 신규 전략을 제시했다. 암 발병 원리를 이해하고 항암제 개발에도 중요한 정보를 제공할 것으로 기대를 모은다.

암 게놈 지도 데이터베이스 구축

지난 28일, KAIST는 생명과학과 정인경 교수가 한국생명공학연구원(원장 김장성) 국가생명연구자원정보센터(KOBIC) 이병욱 박사 연구팀과 공동연구를 진행해 전 세계 최대 규모의 3차원 암 게놈 지도 데이터베이스를 구축해 공개했다고 밝혔다.

공동연구팀은 인체 정상 조직과 암 조직, 그리고 다양한 세포주 대상 3차원 게놈 지도를 분석 및 데이터베이스해, 약 400여 종 이상의 3차원 인간 게놈 지도를 구축했다. 이를 통해 암세포에서 빈번하게 발생하는 대규모 유전체 구조 변이(structural variation)의 기능을 해독할 수 있는 신규 전략을 제시했다.

기존 연구의 한계

현재까지 많은 연구를 통해 암세포 유전체에서 발생하는 돌연변이를 규명해 암의 발병 기전을 이해하려는 시도가 있었다. 그동안 많은 연구가 1차원적인 게놈 서열 정보만 토대로 인간 게놈 해독과 질환과의 연관성을 규명하는 시도를 해왔다. 대다수의 구조 변이는 DNA가 단백질을 생성하지 않는 비 전사 지역에 존재해, 1차원적 게놈 서열 분석만으로 이들의 기능을 규명하는 데는 한계가 있었다.

3차원 게놈 구조는 멀리 떨어져 있는 두 게놈 지역이 공간상에 인접할 수 있는 현상을 말한다.

3차원 암 유전체 지도

정인경 교수 연구팀은 지금까지 공개된 모든 암 유전체의 3차원 게놈 지도를 확보해 전 세계 최대 규모의 3차원 암 유전체 지도를 작성했다. 그리고 대규모 구조 변이와 3차원 게놈 지도를 연결할 수 있는 분석 도구들을 개발했다. 그 결과 연구팀은 대규모 암 유전체 구조 변이에 따른 3차원 게놈 구조의 변화 그리고 이들의 표적 유전자를 규명할 수 있었다.

총 400여 개의 3차원 인간 게놈 지도 정보를 구축하였으며, 이들은 18개의 서로 다른 암종 뿐 아니라 비교 대상군으로 활용할 정상 세포 또는 조직의 3차원 게놈 지도를 포함한다. 또한 3차원 암 유전체 지도를 해독하기 위한 신규 분석 도구들을 전 세계 최초로 개발했다.

기존에 알려진 구조 변이의 효과를 탐색할 수 있는 분석 도구, 임의의 구조 변이를 생성해 사전에 기능을 예측해 볼 수 있는 분석 도구, 복잡한 구조 변이를 포함한 암 유전체에서 재조합된 3차원 암 게놈 지도 작성 도구를 개발할 수 있었다.

이를 통해 구조변이를 통한 3차원 암 게놈 지도의 변형이 어떠한 유전자 조절에 관여하는지 예측할 수 있게 됐다.

연구 기대 효과

공동 교신 저자 이병욱 박사는 “최근 세포 내 3차원 게놈 구조 변화가 다양한 질병, 특히 암의 원인이 된다는 것이 밝혀지고 있는데, 이번 연구를 통해 이를 연구할 수 있는 도구들을 세계 최초로 개발했다”라며 “이번 연구 결과를 활용하면 암의 발병 원리를 이해하고 더 나아가 항암제 개발에도 중요한 정보를 제공할 것으로 기대된다”라고 말했다.

정인경 교수는 “암에서 빈번하게 발생하는 대규모 구조 변이의 기능을 3차원 게놈 구조 해독을 통해 정밀하게 규명 가능함을 보여줬다”라며 “이번 연구 결과는 아직 해독이 완벽하게 이루어지고 있지 않은 암 유전체를 정밀하게 해독하는 기술을 한 단계 더 발전시키는 계기가 될 것이다”라고 말했다.

연구에서 수집된 다양한 암 조직의 3차원 게놈 구조는 이들 대규모 구조 변이와 암 연관 유전자 발현 사이의 관계를 규명하는 데 활용돼 신규 암 타겟을 발굴할 수 있을 것으로 기대를 모은다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 기반산업화 인프라 그리고 서경배과학재단의 지원을 통해 수행됐다. 연구 결과는 국제 학술지 `핵산 연구(Nucleic Acid Research)' 저널 11월 27일 字 온라인판에 게재됐다.(논문명 : 3DIV update for 2021: a comprehensive resource of 3D genome and 3D cancer genome)