종양에서 분비되는 DNA를 이용해 암 전이와 재발을 예방할 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

연세암병원 종양내과 김한상 교수와 코넬 의대 데이빗 라이든 교수 연구팀은 세포밖 소포체에 DNA가 담기는 원리를 규명하고, 이 DNA가 인체 조직에서 면역 반응을 일으켜 암 재발과 전이를 예방하는 효과를 확인했다고 13일 밝혔다.

이번 연구 결과는 ‘네이처 캔서(Nature Cancer, IF 23.5)’에 게재됐다.

세포는 기능 유지와 신호전달을 위해 다양한 방법으로 작은 막성 소포체 또는 입자를 분비하는데, 이를 세포밖 소포체라 한다. 세포막 소포체와 입자에는 DNA, miRNA, mRNA 그리고 단백질을 포함한 다양한 생분자 물질이 포함되며, 이들이 표적 세포에 도달해 물질교환을 함으로써 세포 간 상호작용을 하는 것으로 알려져 있다. 하지만 유전정보를 담고 있는 DNA가 어떻게 세포밖 소포체에 담기는지, 생물학적으로 어떤 의미가 있는지, 암 전이에 미치는 영향 등에 대해서는 밝혀지지 않았다.

연구팀은 세포밖 소포체에 DNA가 담기는 원리를 규명하고자 크리스퍼 유전자 가위를 활용해 전장 유전체 분석을 진행했다.

분석 결과, 세포밖 소포체에 담겨있는 DNA는 세포밖 소포체의 막성 구조를 중심으로 70%는 외부에 붙어 존재하고 30%는 내부에 존재했다. DNA는 유전자 발현 조절의 핵심 요소인 히스톤으로 패키징 돼 있었으며, 이를 통해 연구팀은 세포밖 소포체에 담겨있는 DNA가 인체에서 면역 반응을 유도할 것이라 추정했다. 또한, 세포밖 소포체에 DNA를 담는 과정에 관여하는 대표적인 유전자는 인체 내에서 면역 발생에 영향을 미치는 유전자로 알려진 APAF1, NCF1로 확인됐다.

연구팀은 세포밖 소포체에 담긴 DNA가 면역 반응을 유도하는지 확인하기 위해 실제 대장암 2-3기 환자의 조직에서 암 재발 여부를 분석했다. 그 결과, 세포밖 소포체에 담긴 DNA가 많은 그룹은 전이에 의한 암 재발이 4%(52명 중 2명)로 유의하게 적었고, DNA 양이 적은 그룹에서는 25%(53명 중 13명)로 암 재발 비율이 유의하게 높음을 확인했다.

또한, 간 전이 마우스 모델에서도 종양에서 분비되는 세포밖 소포체의 DNA는 간에서 대식세포인 쿠퍼세포에 섭취돼 DNA 손상 반응을 유도하고, 면역 반응을 조절하는 싸이토카인을 분비하며 3차 림프구조를 간에 형성함으로써 암 전이를 예방하는 것을 확인했다.

김한상 교수는 “이번 연구를 통해 종양에서 분비되는 DNA가 전이 조직 장기에 면역 반응을 일으켜 암 전이를 예방하는 효과가 있다는 것을 확인할 수 있었다”라면서 “세포밖 소포체를 활용한 후속 연구를 통해 암 치료제 개발 가능성을 높일 수 있을 것이라 기대한다”라고 말했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원을 받아 한국연구재단 중견연계 신진 후속 연구 및 한국보건산업진흥원 K-MEDI 융합인재 양성지원사업 현장 수요 연계형 글로벌 인재육성 및 신진 의사과학자 양성지원연구의 지원을 받아 수행됐다.

◈그림설명) (그림 왼쪽) 전장 유전체 분석 결과 세포밖 소포체에 DNA를 담는 과정에 관여하는 대표적인 유전자는 인체 내에서 면역 발생에 영향을 미치는 유전자로 알려진 APAF1, NCF1으로 확인됐다. (그림 오른쪽) 간 전이 마우스 모델에서 세포밖 소포체의 DNA 암 전이 예방 과정 모식도.