KAIST-연세의대, 유니버설 암진단 시스템 개발
네오노보 암진단 DNA칩. 네오노보의 RNA 발현 여부를 검색함으로써 암세포와 정상세포를 명확하게 구별해내는 네오노보 유니버설 암진단 DNA칩 실험 결과. 초록색 형광 점은 각각 특정 서열을 가지는 DNA 조각으로서 정상세포에서 나타나는 RNA와 암세포에서 나타나는 네오노보 RNA를 특이적으로 진단할 수 있도록 디자인된 것이다.
연구진의 현재까지의 연구결과에 의하면, 네오노보는 암세포에서만 발견되고 정상세포에서는 발견되지 않았는데, 이는 기존의 암 마커가 정상세포나 정상인에도 있으나 암세포나 암환자에서 차이가 나는 것을 기반으로 하는 것과는 근본적으로 큰 차별성이 있다.
암이란 “통제할 수 없는 세포 성장”으로 특징지어지는 100개 이상의 관련 질환의 그룹을 기술하는데 사용되는 일반적인 용어이다. 이러한 비정상적인 세포 성장은 보통 종양(tumor)으로 알려진 세포 덩어리로 발전하고 주위의 조직으로 침투하고, 이어서 신체 다른 부위로 전이되어 생명을 위협하고 있는 질병중 하나로 4명중 1명 이상의 사람들은 그들의 생애 중에 어떤 형태로든 암을 가지게 된다고 알려져 있으며, 선진국에서 전체사망원인의 21%(사망원인 제 2 위)를 차지하고 있다. 일반적으로 말기상태의 암은 치료가 거의 불가능한 반면 초기 상태의 암은 치료율이 훨씬 높아서 초기에 정확하고 신속한 진단방법의 개발이 절실히 요구되고 있는 상황이다. 이제까지 여러 종류의 암 진단 마커가 발견되고 일부 사용되고 있지만, 1-3 종류의 암만을 진단할 수 있으며 그 정확도도 높지가 않은 편이다. 반면, 이번에 KAIST-연세의대 공동 연구팀이 개발한 네오노보 암 진단 시스템은 독자적으로 개발한 암 특이 단백질과 RNA 및 cDNA, 그리고 이들의 응용까지에 대한 포괄적인 원천 특허권을 확보한 상태에서 세계적으로 유일하게 간암, 위암, 유방암, 폐암 뿐만 아니라 기타 10종 이상의 암에서도 70%-100%의 높은 효율로 진단할 수 있는 마커라는 점에서 향후 세계 보건의료 및 생명공학 시장에 큰 파장을 불러올 것으로 예상된다.
또한, KAIST 이상엽 교수팀은 네오노보 재조합단백질을 봉입체 형태로 과량 생산하는 대장균 시스템을 이용하여 암 특이 단백질을 대량 생산하는데 성공하였다. 대량 생산된 네오노보 단백질을 이용하여 조직염색, 면역학적 기술에 접목시켜 보다 편리한 진단 시스템에 응용하는 연구를 진행 중이다. 한걸음 더 나아가, 생산된 암 특이 단백질의 세포 내의 기능에 대한 연구를 진행하고 있다.
연구개발성과 및 향후계획
휴먼 게놈 프로젝트가 완료된 것을 비롯하여, 최근 여러 생물 종에 대한 게놈 정보가 쏟아져 나오고 있다. 암에 대한 연구 또한 기존의 유전자 돌연변이에 대한 연구를 벗어나 암 특이 발현 유전자 및 단백질에 대한 연구가 많이 시도 되고 있다. 이번에 개발된 진단 시스템 또한 암에서만 특이 발현되는 단백질과 그 유전자를 기반으로 개발된 획기적인 시스템이다. 이 진단 시스템을 이용하면, 단 2가지의 유전정보 및 단백질 발현 형태만으로도 암의 여부를 일시에 검색할 수 있고, 정확도도 70% 이상이다. 체외 진단 시장은 연간 25조원 이상이며, 지속적으로 팽창하고 있다. 이중 특히 암 진단 시장은 고속으로 증가할 것으로 예측되고 있으므로 본 기술의 파급효과는 엄청날 것으로 기대 된다.
임상시험을 주도하고 있는 연세의대 방사선 종양학과 금기창 교수는 “이미 암 세포주를 이용한 기초 실험 결과는 놀라울 정도로 진단 효율과 성공률이 높게 나온 상황이고, 지금까지의 임상 시험도 잘 진행 중이므로, 최종 임상결과에 큰 기대를 가지고 있다”라고 말하고, “향후 메디제네스와 함께 범용 암 진단 시스템 개발은 물론, 관련 암 치료 및 암 예방 의약의 개발로도 연구를 할 예정이다”라고 밝혔다.
KAIST 이상엽 교수는 “원천 특허권 확보가 이루어진 지금 유니버설 암 진단 시스템의 상용화의 추진은 물론, 국내외 암 전문 연구기관과 공동으로 연구를 추진하여 인류 건강의 가장 큰 위협 요인인 암을 예방, 치료하는데 기여하고 싶다”는 포부를 밝혔다.
<용어설명>
1) 싸이토카인(cytokine): 싸이토카인은 백혈구 뿐만아니라 생체내 여러 세포에서 분비되며 자기 자신이나 혹은 다른 단백질의 발현을 조절하는 단백질로 주로 면역계에서 작용하는 세포들의 기능을 돕거나 억제하며 염증반응 및 조혈작용 등에 작용한다.
2) 선택적 스플라이싱(alternative splicing): 진핵세포에서 DNA를 주형으로 만들어지는 1차 RNA(전사체)는 액손과 인트론을 모두 포함한다. 이런 전구체 RNA로부터 인트론들이 제거 되어 각 엑손(exon)들만이 연결된 2차 RNA가 만들어지는데 이러한 인트론이 제거 되고 각 엑손들이 연결되는 과정을 스플라이싱 (splicing) 이라 한다. 이러한 스플라이싱 과정이 항상 동일하게 일어나서 한 유전자에 대해 한 개의 RNA가 만들어지는 것은 아니다. 예를 들어 엑손을 건너 뛰어 선별적으로 이어 맞추기를 하기도 하여 한 유전자에서도 여러 종류의 RNA가 만들어 지기도 한다. 이러한 경우를 선택적 스플라이싱(alternative splicing)이라 부른다.
3) 네오노보(NeoNovo): 네오노보는 본 연구진이 암 세포와 암 조직에서 특이하게 발견되는 얼터너티브 스플라이싱이 일어난 싸이토카인으로 약 15kDa의 크기를 가진 단백질이다. 해당 유전자도 클로닝이 되어 재조합 단백질 형태로 대량 생산이 되고 있다.
4) 봉입체(inclusion body) : 세포 내에서 균질한 물질로 염색되는 단단한 구조물이며, 현미경으로 관찰 가능하다. 봉입체의 종류에는 바이러스가 모인 것과 바이러스 구성물질로 된 것이 모인 것, 그리고 바이러스의 성분과 관련이 없는 특유한 단백질로 이루어진 것 등 3종류로 나뉘는데, 재조합단백질 생산 시에는 단백질 과량 생산이 숙주세포의 대사에 장애를 가져와 형성되는 것이 대부분이다.
5) IRB : IRB(기관 윤리 위원회)는 과학 기술의 개발과 함께 인권을 보호하고자 만들어진 관린 감독 기관 중의 하나로 연구 계획 및 실행에 있어서의 윤리적, 과학적 문제를 감독하는 기관이다. 주로 배아연구기관, 유전자은행, 유전자 치료기관 등에 기관윤리위원회(IRB)을 설치하여 연구 계획과 그 실행의 윤리적 타당성과 함께 과학적 타당성을 검토하고 동의서를 감독한다.
<참고 사항>
본 연구결과와 관련하여 원천기술에 대한 특허는 등록이 된 상태이며, 추가 특허가 출원중이고, 응용을 포함한 모든 관련 특허권 확보에 주력하고 있다. 학술논문은 주요 특허권이 모두 확보된 이후에 투고할 예정이다.
웹사이트: http://www.kaist.ac.kr
연락처
이상엽 KAIST 생명화학공학과 교수 042-869-3930 016-436-2763
KAIST 홍보팀 042-869-2291~3 Fax.042-869-2260
이 보도자료는 한국과학기술원(KAIST)가(이) 작성해 뉴스와이어 서비스를 통해 배포한 뉴스입니다.
-
2019년 10월 24일 09:00
