암세포의 체력 측정

[요약] 미국 메사추세츠공과대(MIT) 엔지니어들이 질량 센서를 통해 암세포를 반복적으로 측정할 수 있는 시스템을 설계했다. 세포의 수명이 마지막에 다르면 RNA 시퀀싱 자료가 수집된다. 이는 세포의 성장 속도와 유전자 발현 분석을 통해 왜 일부 종양 세포가 치료에서 살아남을 수 있는지를 밝히는 수단으로 기대를 모은다.(2018.12)

미국 메사추세츠공과대(MIT) 연구자들은 암세포의 물리적 특성과 유전적 특성을 모두 연구함으로써 암세포가 치료에서 살아남는 이유를 밝혀낼 수 있는 새로운 방법을 찾아냈다. 

세포 질량, 성장 속도의 측정, 세포의 유전자 발현 분석을 결합한 새로운 접근법은 암치료에 보다 효과적인 새로운 약물 표적을 찾아내는데 사용된다. 이 표적을 이용하면 암세포가 기존의 약물 치료법을 견디는 방어 장치를 없애는데 도움이 될 것으로 연구팀은 보고 있다. 

국제학술지 ‘게놈 생물학’ 11월28일자에 게재된 논문에서 연구팀은 MDM2 억제제로 알려진 유형의 약물에 내성을 갖고 있는 아교모세포종 세포에서 활성을 띠는 성장 신호 전달 경로를 확인했다. 

MIT의 의공학 및 과학 연구소(IMES) 알렉스 샤렉 조교수는 “단일 세포를 RNA 시퀀싱하기 전에 세포의 질량과 성장률을 측정함으로써, 우리는 이제 세포의 ‘체력’을 기본 분자 경로에 연관시킬 수 있게 됐다”고 말했다. 이 논문의 주저자는 이번에 MIT 박사 학위를 받은 로버트 키머링이다. 

암세포 분석

약 10년 전, 이번 연구를 진행한 연구실에서는 단일 세포의 질량을 측정할 수 있는 기술을 발명했다. 최근 몇 년간 그들은 작은 채널을 통해 흐르는 세포의 질량을 측정하는 장치를 만들었다. 이는 단기간에 반복적으로 세포의 무게를 측정해 세포의 성장률을 알아낼 수 있도록 했다. 

연구팀은 지난해 다나파버 암연구소(DFCI)의 연구자들과의 공동 연구에서 이 접근법을 이용해 혈액암의 한종류인 다발성 골수종 환자의 종양 세포에 대한 약물 반응을 시험했다. 연구팀은 세가지 다른 약물로 세포를 치료한 뒤 세포의 성장 속도를 측정한 결과 세포의 민감성과 상관 관계가 있음을 발견했다. 

연구를 총괄한 스콧 마나리스 MIT 교수는 “질량, 성장률 같은 단세포 생물 물리학적 특성은 약물 반응의 조기 지표를 제공한다”고 말했다. 

이들은 이번 연구에서 연구자들은 특정 세포만이 특정 약물에 민감한 이유를 밝힐 수 있는 게놈 구성 요소를 추가하기를 원했다. 키머링은 “세포가 특정한 방식으로 성장하거나 특정 방식으로 행동하는 이유에 대해 측정하고 생물학적 배경의 일부를 추가할 수 있기를 원했다”고 말했다. 이를 위해 연구팀은 메신저RNA 시퀀싱 분야의 전문가들과 협업했다. 이 정보는 특정한 순간에 하나의 세포에서 어떤 유전자가 발현되는지 보여주는 일종의 스냅샷을 제공할 수 있다. 

연구팀은 계량 시스템을 변형해 세포가 흘러 들어갈 때 세포가 더 고르게 흩어지도록 했다. 이는 세포를 하나씩 수집하는 것을 더 쉽게 만들었다. 세포는 성장 속도 측정을 위해 20분에 걸쳐 여러 번 측정되고, 채널의 끝에 도달하면 즉시 파열되면서 분석을 위한 RNA를 방출한다. 이 접근법은 각 세포의 RNA를 염기 서열로 분석할 수 있게 되면서, 각 세포의 질량 및 성장 속도를 유전자 발현과 직접적으로 연관시킬 수 있도록 했다. 

연구팀은 시스템을 이용해 뇌암 환자의 암세포를 분석했다. 이들은 종양 형성을 멈추는데 도움이 되는 단백질인 p53의 기능을 향상시키는 MDM2 억제제를 사용해 세포를 치료했다. 이 약물은 현재 임상 시험이 진행중이다. 동물 실험에서 이 약물은 종양에 효과적이었지만, 나중에 종양이 다시 자라는 경우가 많은 것으로 나타났다. 
이 연구에서 연구자들은 어떤 암세포가 MDM2 치료에서 어떤 이유로 생존하는지를 알고자 했다. 연구팀은 세포를 처리하고, 치료 뒤 약 16시간 동안 성장률을 측정한 다음 RNA를 시퀀싱했다. 세포가 생존력을 상실하기 전에 세포의 성장 속도를 측정하면서 치료에 대한 이상 반응과 유전자 발현을 관찰하겠다는 것이다. 

분석 결과 연구팀은 약에 반응하지 않는 세포의 다른 점을 찾아냈다. 암세포에 반응하는 세포에서는 세포를 죽이는데 필요한 유전자가 켜져 있었다. 하지만 약물에 취약하지 않은 세포에서는 성장과 생존에 관여하는 신호전달 경로인 mTOR 상관 유전자가 나타났다. 

연구팀은 MDM2 억제제와 함께 사용할 수 있는 약물을 개발하기 위해 약물에 반응하지 않는 세포에서 나타나는 일부 유전자를 표적으로 하는 방안을 모색할 계획이다. 또 다른 유형의 암에 대해서도 이 접근 방식이 가능한지 살펴볼 예정이다. 혈액암과 같은 일부 암세포는 단세포로 분리하기 어려운 고형 종양보다 연구하기가 쉽다. 키머링은 “단일 세포 집단으로 분리될 수 있는 모든 시료에 이 이술을 적용할 수 있기를 희망한다”고 말했다. 

세포 성장 측정 기술은 개별 환자의 종양 세포를 연구해 특정 약물에 어떻게 반응할지를 예측하는데도 사용할 수 있다.

원문출처 : http://news.mit.edu/2018/measuring-cancer-cells-drug-susceptibility-1129