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조기 발견 어려운 대장암, ‘DNA 압타머’로 진단 및 치료에 활용 가능
조기 발견 어려운 대장암, ‘DNA 압타머’로 진단 및 치료에 활용 가능
  • 김수진 기자
  • 승인 2023.11.13 15:50
  • 댓글 0
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박기수 교수(건국대학교) 연구팀, SELEX 기술로 DNA 압타머 개발
액체생검의 핵심 바이오마커인 대장암 유래 엑소좀에 특이적으로 결합하는 압타머 발굴
압타머 결합하면 엑소좀이 신호전달 억제, 상처 치유 분석 및 세포 이동·침습 분석 통해 입증
논문 표지(사진=한국연구재단)
논문 표지(사진=한국연구재단)

[바이오타임즈] 대장암은 전 세계적으로 세 번째로 많이 진단되는 암이자 두 번째로 많은 암 사망원인이지만, 높은 종양 이질성 특징으로 진단 및 치료가 어려운 암종으로도 알려져 있다.

대장암의 효과적인 진단을 위해서는 대장암 특이적 바이오마커를 탐색하는 것이 매우 중요한데, 국내 연구진이 초기 발견이 어려운 대장암을 조기 진단할 수 있는 기술을 개발했다.

한국연구재단은 박기수 교수(건국대학교) 연구팀이 SELEX 기술 활용해 대장암 조기 진단 및 치료에 활용할 수 있는 DNA 압타머를 개발했다고 13일 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 우수 신진 연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 생체재료/생물의학공학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 메터리얼즈(Advanced Healthcare Materials)’의 10월 27일 표지논문으로 선정됐다.

대장암은 예방 및 치료의 큰 발전에도 불구하고, 특정한 증상과 정확한 바이오마커 결핍으로 대장암의 조기 발견 및 생존율 예측은 여전히 부족한 상황이다.

연구팀은 액체생검의 핵심 바이오마커로 활용되는 대장암 유래 엑소좀(Exosome)에 특이적으로 결합하는 압타머를 발굴하기 위해 SELEX 기술(표적 물질에 특이적으로 결합하는 압타머 선별 기술)을 설계 및 도입, 압타머 후보군을 대상으로 한 최적화 과정을 통해 결합 능력이 가장 우수한 압타머를 선별했다.

작은 세포외 소포체(small extracellular vesicles, sEVs)로도 알려진 엑소좀은 모든 세포 유형에서 세포외로 분비되는 나노 크기의 지질 막으로 둘러싸인 소포체(직경 50~200 nm)이다. 엑소좀은 DNA, RNA 및 단백질 등 다양한 생체 활성 분자를 운반해 기원 세포와 수용 세포 사이의 세포 간 신호전달을 국부적이고 체계적으로 매개한다.

특히, 종양 세포에서 유래한 엑소좀은 암 발달, 진행, 침습 및 전이의 조절자 역할을 하는데, 점점 더 많은 연구에서 대장암 유래 엑소좀의 잠재적 응용이 입증되고 있다. 예를 들어, 엑소좀 마이크로RNA(miRNA), 긴 비암호화RNA(lncRNA), 메신저RNA(mRNA) 및 단백질의 발현 패턴은 대장암에서 상향 조절되며, 이는 대장암에 대한 진단 가능성을 향상시킨다.

또한 전이, 화학내성 및 재발을 포함해 대장암 예후에 대한 후보 엑소좀 바이오마커가 확인된다. 인체 체액을 순환하는 엑소좀은 모세포를 반영하고 있음으로 간주되며, 이를 통해 대장암의 비침습적 진단이 가능하다는 설명이다.
 

대장암 엑소좀에 특이적으로 결합하는 DNA 압타머를 선별하는 기술인 E-SELEX(a) 및 DNA 압타머 특성화 분석(b) 모식도. 대장암 세포 유래 엑소좀에 대한 높은 결합성 및 특이도를 지닌 DNA 압타머를 분리하기 위해 양성 및 대항 선별을 포함한 E-SELEX 수행함. 최종 얻어진 압타머 후보의 서열을 차세대 염기서열 분석(NGS)로 분석하고, 압타머의 결합 특성과 진단 및 치료 응용 가능성을 분자 및 세포 수준의 실험을 통해 평가함(그림 및 설명=건국대학교 박기수 부교수 )
대장암 엑소좀에 특이적으로 결합하는 DNA 압타머를 선별하는 기술인 E-SELEX(a) 및 DNA 압타머 특성화 분석(b) 모식도. 대장암 세포 유래 엑소좀에 대한 높은 결합성 및 특이도를 지닌 DNA 압타머를 분리하기 위해 양성 및 대항 선별을 포함한 E-SELEX 수행함. 최종 얻어진 압타머 후보의 서열을 차세대 염기서열 분석(NGS)로 분석하고, 압타머의 결합 특성과 진단 및 치료 응용 가능성을 분자 및 세포 수준의 실험을 통해 평가함(그림 및 설명=건국대학교 박기수 부교수 )

이번 연구에서 최종적으로 선별된 압타머는 비표적 엑소좀(정상 혈청 및 다른 암세포 유래 엑소좀)에 비해 대장암 세포 유래 엑소좀에 대한 높은 특이성을 보였으며, 혈청 또는 혈장 농도 범위 내에서 대장암 세포 유래 엑소좀을 검출하기에 충분한 감도를 갖는 것을 확인했다.

또한, 전이성이 없는 대장암 세포를 이용해 전이성 대장암 유래 엑소좀이 세포 간 신호전달에 관여해 발생하는 전이 능력을 확인한 결과, 압타머가 결합하면 엑소좀에 의한 신호전달이 억제됨을 상처 치유 분석 및 세포 이동·침습 분석을 통해 입증했다.

이 연구를 통해 개발된 기술은 대장암뿐만 아니라 다양한 고형암에 적용 가능하며, 암의 조기 진단 및 항암제 내성과 관련된 엑소좀 바이오마커 선별에 기여해 환자 맞춤형 치료를 가능케 할 것으로 예상된다.

박기수 교수는 “엑소좀 및 압타머의 대장암 진행 및 전이에 기여하는 기전에 대한 추가연구가 필요하다”며, “압타머가 결합하는 바이오마커에 대한 정밀한 연구가 지속해서 이루어져야 한다”고 설명했다.

[바이오타임즈=김수진 기자] sjkimcap@biotimes.co.kr


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