컴퓨터 세포 모델로 癌유발 대사물질 찾는다

  - 차세대 시퀀싱 기술 활용…“암 치료 위한 약물 표적 개발 기여”

  - 남호정 교수-美 UCSD 공동 연구, PLoS Computational Biology 게재

 

 

 

(오른쪽) 돌연변이 효소 단백질에 의해 생성되는 암 유발 대사물질들의 예. 돌연변이(mutated) IDH 효소는 2-HG 암유발 대사물질을 생성(맨 왼쪽)하고, 돌연변이 SDH 효소는 succinate(호박산염) 암 유발 대사물질을 생성(가운데)하며, 돌연변이 FH 효소는 암 유발 fumarate(푸마르산염) 대사물질 생성한다. 왼쪽은 지스트 남호정 교수.

 

 

 

□ 한미(韓美) 공동 연구팀이 컴퓨터 세포 모델을 사용해 암(癌)을 유발하는 비정상 대사물질*들을 보다 빠른 시간 안에 찾아낼 수 있는 방법을 개발했다.

 

  ◦ 이번 성과는 대용량 유전체 빅데이터 분석 기술과 컴퓨터 세포 모델을 암 유발 대사물질 예측에 사용함으로써 암 조기진단을 위한 생체지표(biomarker)와 암 치료를 위한 약물 표적* 발굴에 기여할 것으로 기대된다.

 

  *대사물질: 생명현상에 필요한 여러 생화학 반응에서 소비‧생성되는 물질

  *약물 표적: 약물이 작용해 기대하는 약효를 보이는 단백질 표적

 

□ 지스트(GIST·광주과학기술원·총장 김영준) 정보통신공학부 남호정 교수(교신저자)가 주도하고, 미국 샌디에고 캘리포니아 주립대(UCSD) 연구팀이 수행한 이번 공동 연구는 한국연구재단이 주관하는 학문후속세대양성사업의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 생물정보학(Bioinformatcis) 분야의 권위 있는 학술지인 플러스 컴퓨테이셔널 바이올로지(PLoS Computational Biology) 9월 18일자 온라인판에 게재됐다.

(*논문명 : A Systems Approach to Predict Oncometabolites via Context-Specific Genome-Scale Metabolic Networks)

 

□ 최근 연구에서 대사물질의 비정상적인 농도가 암을 유발하는 원인으로 밝혀졌는데, 이러한 암 유발 대사물질들은 유전자 돌연변이가 생긴 효소 단백질*의 이상 기능에 의해 나타난다.

 

  *효소 단백질 : 생체 내에서 일어나는 각종 화학반응에서 자신은 변화하지 않으나 화학 반응속도를 빠르게 해주는 생체 촉매제 역할을 하는 단백질

 

  ◦ 하지만 약 4만개 이상의 대사물질들 중 유전자 변이에 의해 세포 내에서 비정상적인 농도를 갖는 대사물질들 찾아내는 것은 여러 기술적 어려움은 물론 많은 시간과 비용을 필요로 한다.

 

□ 연구팀은 효소 단백질의 기능 이상에서 기인한 암 유발 대사물질들을 컴퓨터 세포 모델을 사용해 찾아내는 기술을 개발했다.

 

  ◦ 연구팀은 차세대 시퀀싱* 기술로 얻은 유전자 돌연변이 정보 빅 데이터를 사용해 9종의 암에서 돌연변이 효소 단백질을 찾아낸 뒤, 이를 바탕으로 약 15개의 암 유발 대사물질들과 이들이 갖는 24건의 구조적 특징들을 발견했다. 연구팀은 이를 활용해 암세포의 대사환경을 컴퓨터상에 옮겨 놓은 컴퓨터 세포 모델을 만들었다.

 

  ◦ 이를 활용하면 암 환자의 유전자 정보를 토대로 암을 유발한 돌연변이 효소 단백질과 비정상 대사물질을 짧게는 1~2개월 만에 예측할 수 있고, 이는 암 치료를 위한 약물 표적 개발 등에 기여할 수 있다.

 

  *차세대 시퀀싱(Next-generation sequencing): 수백만 개의 DNA 염기 서열 정보를 병렬적으로 처리할 수 있게 되어 기존의 유전자 해독 기술(sanger sequencing)보다 더 많은 DNA 염기서열 정보를 더 빠르게 해독할 수 있는 기술. 이 기술 덕분에 보다 저렴한 비용으로 대량의 염기서열을 해독할 수 있게 되었음.

 

□ 남호정 교수는 “컴퓨터 세포 모델은 컴퓨터 시스템으로 실제 세포를 모사해, 연구하려는 생명체의 세포를 체계적으로 분석하는 중요한 도구로 사용될 수 있다”며 “유전자 데이터를 해석해 질병 진단과 질병 치료에 활용할 수 있다는 것을 보여준 이번 연구가 향후 효소 단백질과 대사물질을 암 질환 약물표적 발굴에 활용하는 데 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.     <끝>

 

 

 

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