[붙임] 연구결과 개요

1. 연구배경

세포들은 주변 세포들 또는 아주 원거리에 있는 세포들과 정보교환을 위해 다양한 물질들을 외부 환경으로 분비하는데, 오래전부터 알려져있던 사이토카인(cytokines), 케모카인(chemokines), 호르몬이 대표적이다. 최근에는, 이러한 개별적인 인자들 이외에도 엑소좀(Exosome)이라는 인지질 이중막(Phospholipid membrane)에 싸여져 있는 50~150nm(나노미터) 크기의 작은 소포체를 통한 다량의 정보교환체가 주목받고 있다. 엑소좀안에는 단백질, 지질, 핵산, 대사물질(metabolites) 등 생물학적 활성을 가지는 다양한 생체 물질을 포함하여 세포-세포 간의 물질교환의 매개체이자 의사소통 수단으로 알려져 있으며 이를 통해 다양한 생리적/ 병리적 기능을 수행한다는 것이 밝혀지고 있다. 예를 들어, 암세포에서 유래한 엑소좀은 암의 성장, 전이, 혈관 신생 등에 영향을 주는 생체물질을 포함하며, 암을 찾아 파괴하는 면역세포의 기능을 중재하는 등 암의 성장과 전이의 핵심 기전으로 알려져 있다. 또한 엑소좀은 형성과정에서 모세포의 대략적인특성과 상태를 반영함에 따라 엑소좀 내 특정 생체분자의 존재 유무를 검출하여 암을 진단하거나, 엑소좀에 약물이나 단백질을 인위적으로 포함시켜 난치성 질환치료를 위한 차세대 수송체로 활용이 가능하여 관련 연구가 활발히 진행중이다.

2. 연구내용

본 연구에서는 엑소좀의 기능을 결정하는 핵심 요소인 엑소좀에 탑재될 단백질을 결정할 수 있는 조절 스위치를 발굴함으로써 엑소좀의 양적인 분비량뿐만 아니라 암전이를 촉진할 수 있는 엑소좀의 형질을 결정하는 새로운 기전이 있음을 규명했고, 이를 통해 암전이를 효과적으로 차단할 수 있는 새로운 기전의 혁신 항암제 개발 타겟을 제시했다.

본 연구진은 세포외부로 분비된 엑소좀을 순수하게 분리하여 엑소좀에 실린 단백질과 전사체를 통합 분석하기 위한 프로테오믹스, RNA 시퀀싱 기법을 활용하여 GPR143이 발현된 암세포는 암전이와 성장을 촉발할 수 있는 단백질이 선별적으로 포장된 엑소좀을 세포외부로 분비한다는 사실을 확인했다.

GPR143을 정상세포에 발현시켰을 때 암세포와 유사하게 이러한 전이 촉발 단백질이 포함된 엑소좀을 분비하며 암세포에서 GPR143의 발현을 없앴을 경우 반대로 전이에 필요한 단백질이 엑소좀에 탑재되지 못하는 것을 확인했다.

GPR143이 발현된 암에서 분비되는 엑소좀을 세포에 처리하였을 때 암전이에 필수적인 암세포의 이동 속도, 침윤이 증가하며 암의 전이의 이동 통로 역할을 하는 신생혈관 형성이 증가되어 암이 다른 장기로 전이를 촉발하는 것을 관찰했다. 또한 암전이 동물 모델을 통해 GPR143이 발현된 암세포가 분비하는 엑소좀을 투여하였을 때 암세포가 원래 자라던 곳이 아닌 폐조직으로 이동하여 성장하는 암전이가 유도 됨을 개체수준의 연구를 통해 처음으로 증명했다.

본 연구진은 인간 유전체 데이터 분석을 통해 다양한 암종에서 GPR143이 정상조직보다 발현이 증가되어 있으며 이렇게 GPR143의 발현량이 높은 암환자의 생존률이 저하되어 있음을 확인하여 인간의 암 전이에 핵심적인 역할을 할 수 있음을 확인했다.

3. 기대효과

암세포에서 유래되는 엑소좀은 암의 발생 및 성장 전이 모든과정에 관여하고 있으며 면역반응을 조절하여 최근 각광받고 있는 항암제인 면역관문억제제의 기능을 저해하거나 암이 전이 될 환경을 조성하여 특정 장기로의 암전이를 결정하는 등 암의 악성화의 주된 기전으로 밝혀지고 있다. 따라서 본 연구는 엑소좀의 기능을 결정하는 엑소좀에 담길 단백질을 결정하는 핵심 기전을 발굴함으로써 암 사망의 90%의 원인이 되는 암 전이 가능성이 높은 환자를 미리 예측할 조기 진단 지표를 개발하고 암 전이를 효과적으로 차단할 수 있는 새로운 약물 개발의 기반을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

[붙임] 용어설명

1. GPR143 (G-protein coupled Receptor 143)

7개의 막관통 도메인이 있는 보존된 통합 막 단백질인 GPCR의 한 일종인 GPR143는 활성화를 조절하는 ligand가 발견되지 않은 고아 GPCR로 눈과 표피 멜라닌 세포에서 주로 발현되고 있으며 멜라닌 색소 형성에 관여한다고 밝혀져 있음. 대부분의 GPCR이 세포막에 존재하는것과는 달리 세포내 endosome에 발현이 되고 있는 유일한 GPCR의 하나로 암세포에서 연구는 거의 이루어지지않은 단백질임.

2. 프로테오믹스 질량분석법(Proteomics Mass spectrometry)

질량분석기법을 통해 세포 안 또는 개체 안의 모든 단백질을 총체적으로 분석하는 연구 기법

3. 전사체 분석법 (RNA sequencing)

시퀀싱 기법을 통해 세포 안 또는 개체 안의 RNA의 발현량과 종류를 총체적으로 분석하는 연구 기법

[붙임] 그림설명

그림1. 연구내용 모식도. 암세포 특이적으로 과별현된 GPR143은 세포 내부에서 암세포 성장과 전이에 필요한 단백질만을 선택적으로 결합하여 엑소좀 안에 패키징을 유도함. 결과적으로 암전이 촉진 엑소좀이 형성, 분비되어 주변 세포의 이동과 침윤을 증가시켜 다른 장기로의 전이를 유도함.

그림2. GPR143이 발현된 암세포에서 분비되는 엑소좀을 처리하였을 경우 혈액내순환종양세포가 폐조직으로 더 많이 전이가 이루어지는 지는 것을 동물 암 전이 모델을 이용하여 증명함.