암 혈관 정상화로 암 치료 새길 열다-암 혈관을 억제하는 유전자 최초 규명으로 새로운 항암치료제 개발 기대

암 혈관 정상화로 암 치료 새길 열다-암 혈관을 억제하는 유전자 최초 규명으로 새로운 항암치료제 개발 기대

 

작성일 : 2016. 12. 26. 생명기술과

 

암 혈관 정상화로 암 치료 새길 열다 
-암 혈관을 억제하는 유전자 최초 규명으로 새로운 항암치료제 개발 기대-

□ 미래창조과학부(장관 최양희, 이하 ‘미래부’)는 국내 연구진이 암이 성장하기 위해서 만드는 혈관인 암혈관을 억제하는 유전자를 최초 규명하여 향후 항암치료에 도움이 되는 단서를 찾았다고 밝혔다.
 ㅇ 동 연구는 연세대 권영근교수 연구팀이 미래부 바이오·의료기술개발사업의 지원을 받아 진행했으며 세계적인 학술지 임상연구저널(Journal of Clinical Investigation, IF=12.525) 온라인판(12.20)에 게재되었다.
     - 논문명 : Carbohydrate-binding protein CLEC14A regulates VEGFR-2–and VEGFR-3–dependent signals during angiogenesis and lymphangiogenesis.   
     - 저자정보 : 이성운(제1저자), 권영근(교신저자)
□ 암은 빠른 성장과 전이를 위해 스스로 암혈관을 만드나, 정상혈관과 달리 혈액이 원활하게 흐르지 못하고, 산소 운반을 저해 시켜 항암치료의 효과를 떨어뜨린다. 
 ㅇ 따라서, 지난 수년간의 연구를 통해 암혈관 생성을 촉진시키는 혈관내피증식인자수용체가 암치료에 중요한 역할을 한다는 것은 알려 진바 있으나, 이를 조절하는 핵심유전자의 파악이 어려웠었다.
□ 권영근 교수팀의 연구는 CLEC14A 유전자가 혈관내피증식인자수용체를 조절하는 핵심유전자임을 밝혀 향후 암 치료법 개발에 중요한 단서를 제시한 것으로 주목받고 있다.
 ㅇ 동 연구는 CLEC14A 유전자가 결여된 생쥐와 정상 생쥐의 변화를 비교하여, 종양세포가 주입된 CLEC14A 유전자 결손 생쥐의 생존율이 현저히 낮아짐을 확인하였다.
 ㅇ 이러한 결과는 CLEC14A 유전자의 발현이 낮으면 비소세포성 폐암, 신장암 환자의 생존율이 떨어진다는 최근 연구 결과와 일치하여 비소세포성 폐암, 신장암 등의 치료법 개발에 특히 유용할 것으로 기대된다.
□ 미래창조과학부는 이번 연구 결과가 “현대인의 암 발병율이 증가하는 추세에서 새로운 항암 치료법 개발에 활용될 수 있는 유의미한 결과”라고 밝혔으며 “앞으로도 차세대의료기술개발 등 치료와 관련된 원천기술개발에 지속적인 투자를 할 계획”이라고 말했다.

<참고자료> : 1. 연구결과 개요 2. 용어설명       3. 연구결과 문답 4. 그림설명  5. 연구자 이력사항

연 구 결 과 개요

  [  본 연구 결과를 한눈에 설명하는 그림  ]

[윗 패널 왼쪽: 정상쥐의 종양 상태, 윗 패널 오른쪽: CLEC14A 결핍쥐의 종양 상태] 정상 쥐의 경우 종양세포를 주입하게 되면 기존의 암 발달 과정과 같이 종양이 성장하고 비정상적이 암혈관이 형성되게 된다. 하지만 CLEC14A 결핍쥐에 종양 세포를 주입하게 되면 종양 성장은 억제되지만 암 혈관 형성이 더 비정상적으로 증가되고 암 혈관 내피세포 접합이 더욱 부실하게 되어 그 주변으로 출혈이 일어나고 생존율이 감소된다.

[아랫 패널 : CLEC14A 발현양에 따른 암환자 생존율] 실제 폐암환자 및 신장암 환자를 통한 연구 결과 CLEC14A 발현이 높으면 암환자의 생존율이 증가되며 CLEC14A 발현이 낮으며 생존율이 감소됨을 밝혔다.

즉, CLEC14A 유전자가 결손 되면 신생혈관 신호체계를 대표하는 VEGFR2 신호체계가 과다하게 활성화되어 출혈 및 비정상적인 혈관 성장을 유발되는데 특히 종양 이식 실험을 통해서는 종양 성장은 지연되지만 비정상적인 암혈관이 더욱 증가하고 과다 출혈이 일어나 생존율은 감소된다는 것이다.

용 어 설 명

- Angiogenesis (혈관신생) : 기존에 존재하는 혈관에서 새로운 혈관이 형성되는 과정
- Lymphangiogenesis (림프혈관신생) : 기존에 존재하는 림프혈관에서 새로운 림프혈관이 형성되는 과정을 말함.
- Endothelial cell (내피세포) : 혈관 및 림프관이 내벽을 덮고 있는 단일층의 편평세포로 세포질이 적고, 혈관이 장축 방향으로 긴 타원형의 핵을 갖는다.
- Pericyte (주피세포) : 혈관내피세포 주위에 존재하는 세포
- Retina (망막) : 안구벽의 가장 안쪽에 위치한 얇고 투명한 막으로서 빛에 자극을 받아들이는 시세포가 분포하며 망막혈관 또한 존재하고 있다.
- Tumor (종양) : 자율적 과잉증식을 보이는 세포의 집합체. 기생체와는 달리 생체를 구성하는 세포 자체에서 생긴다. 동물의 종양은 고유의 종양 성분인 실질과 혈관을 포함하는 지지조직인 간질로 된다.
- Blood vessel (혈관) : 혈관은 혈액을 심장과 인체 각 장기 및 조직 사이를 순환시키는 통로이다. 혈관은 크게 동맥, 모세혈관, 정맥으로 나누어진다.
- Vascular endothelial growth factor (VEGF, 혈관표피성장인자) : 혈관신생을 자극하는 신호 단백질로서 혈관내에서 산소부족이 초래될 때 이것을 보충하는 시스템의 한 부분이다. 주로 이 인자는 암세포 또는 자체세포 들에 의해 생성된 후 표피세포의 표면에 발현되어 있는 수용체인 혈관표피생성인자 수용체 1과 2 같은 수용체와 결합하여 작용한다.
- Vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR, 혈관내피증식인자수용체) : 혈관내피증식인자(VGEF)의 수용체인데, 배위자(ligand)와 결합하는 것으로서 수용체의 티로신인산화효소(thyrosine kinase)를 활성화한다. 정상적인 신체의 혈관신생과 관계하는 외에도 종양의 혈관형성 또는 전이 등, 악성화 과정에도 관여하고 있다. 현재까지 VEGFR1, VEGFR-2, VEGFR-3가 알려져 있다. VEGRF2는 거의 모든 내피표면에 발현하고 있지만 VEGFR1과 VEGFR3은 일부의 내피세포에만 발현하고 있다.

연 구 결 과 문 답

이번 성과 뭐가 다른가

1. 내피세포 특이적으로 발현하는 CLEC14A 유전자가 혈관내피증식인자수용체 VEGFR2와 VEGFR3의 기능을 정교하게 조절하여 혈관 항상성을 유지함을 최초로 밝힘.

2. 기존 항암치료에 장애요인으로 되어온 암혈관의 비정상적인 구조와 기능을 조절할 수 있는 핵심 유전자인 CLEC14A 가 결여되면 VEGFR2 신호체계가 과다하게 활성화되어 출혈 및 비정상적인 혈관 성장을 유발하게 됨을 유전자조작 동물모델을 통해 처음으로 확인했다.

어디에 쓸 수 있나

기초 연구로는 혈관 항상성 유지 연구 발전에 기여할 것이며, 임상적, 산업적으로는 CLEC14A 유전자를 이용한 암환자 선별적 항암 치료법 개발에 활용될 수 있음.

실용화까지 필요한 시간은

향후 10년 이내에 원천기술의 항암치료제 개발이 목표임.

실용화를 위한 과제는

1. 환자의 암조직에서 CLEC14A 단백질 발현 정도와 암혈관 구조 및 항암치료 결과에 대한  분석 연구
2. 항체 등을 통해 암 조직에서 Clec14a 발현을 높이는 연구
3. Clec14에 기반한 암환자 선별적 진단 및 치료법 임상 연구

연구를 시작한 계기는

지난 수십여년간 암환자 치료를 위해 수많은 연구가 진행되어 혈관내피증식인자수용체가 암혈관 치료에 중요한 수용체임을 밝혔고 이를 통해 암환자를 치료할 수 있는 많은 약물이 개발되어왔음. 하지만 여전히 암조직 혈관의 내피세포의 부실한 접합으로 인해 암세포의 전이 및 혈액 내 물질 투과가 용이하여 치료에 어려움이 있음. 따라서 종양내피세포 마커인 CLEC14A를 통해 창의적 기초연구를 하고 이를 통해 환자 선별적 항암제를 개발하여 암환자의 고통을 덜어줄 수 있는 길을 제공하기 위해 연구하게 되었음.

에피소드가 있다면

처음 CLEC14A 결핍쥐를 연구할 때 표현형이 매우 극적으로 나타날 것이라고 생각했다. 하지만 표현형은 내 눈보다는 현미경을 통해서 보였고, 성인쥐보다는 배아단계의 쥐에서 극명한 차이를 볼 수 있었음. 또한 CLEC14A 결핍쥐는 평상시 보다는 종양세포를 주입하였을 때 극명한 표현형을 보여줬다. 이 연구를 통해 전원이 켜지면 전구에 불이 밝혀지듯이 어떠한 자극을 통해서 강력한 효과가 나타 날수 있고, 무심코 지나칠 수 있는 것들을 더욱 세심하게 살펴보는 계기가 되었다.
논문 심사중 저널측에서 요청한 수차례의 논문보완실험들은 1년이 넘는 매우 길고 힘든 길 이었다. 여러 교수들을 비롯한 연구원들이 매일 밤낮으로 머리를 맞대고 고민하고 실험을 진행하였다. 끊임없는 노력의 결과 논문 심사위원이 더 이상 스트레스를 받고 싶지 않다며 본 연구진의 연구 성과 및 노력을 인정해 주었다.

꼭 이루고 싶은 목표는

혈관은 신체의 장기와 상호작용하는 매우 중요한 기관이므로 혈관을 제어함으로써 암, 뇌심혈관질병, 노화, 망막병변 등을 조절하는 기전을 규명하고 그에 상응하는 치료제 개발을 위해 노력하고자함.

신진연구자를 위한 한마디

1. 과학은 기존의 지식을 기반으로 새로운 발견을 채우는 학문이므로 세심한 관찰력과 남다른 생각과 접근이 필요함.
2. 현대과학은 급속한 기술 발전과 지식 확장으로 이뤄지고 있으므로 연구자간의 소통과 협력이 중요함.
3. 실험의 결과가 가설과 다를지라도 그 실험 결과의 과정과 의미에 대해 고민해볼 수 있는 꾸준한 노력과 과학을 받아들일 수 있는 겸손함과 자신감을 갖고 포기하지 않는게 중요함.

 
그   림   설   명

그림 1. 본 연구를 요약한 그림

 정상적인 혈관에는 당단백질과 결합하는 CLEC14A 단백질이 특이적으로 발현되며, 혈관 및 림프관의 성장을 조절하는 혈관내피증식인자수용체 VEGFR2와 VEGFR3의 기능을 정교하게 조절하여 혈관 항상성을 유지시킴. CLEC14A 유전자가 결핍되면 VEGFR2 신호체계가 과다하게 활성화되어 출혈 및 비정상적인 혈관 성장을 유발하게 됨. 

그림 2. CLEC14A 결손쥐에서 비정상 혈관발생 및 출혈이 나타남

 13.5일 된 CLEC14A 결손 배아는 정상 배아와 다르게 뇌혈관이 과다 형성되어있고 혈관의 모양이 확장된 형태를 보였으며 특히 등쪽 부분에서는 과다한 출혈이 관찰됨.
  

그림 3. B16F10 종양세포 주입 시 CLEC14A 결핍쥐는 종양 성장이 억제되지만 암혈관은 증가하고 출혈이 많이 일어나며 생존율이 감소됨.

 CLEC14A 결핍쥐에 B16F10 종양세포 주입하면 종양성장이 감소되며 생존율이 감소됨을 확인함. 특히 CLEC14A 결핍쥐의 종양은 과도한 출혈이 보임. CLEC14A 결핍쥐의 종양 절편을 혈관내피세포마커 (CD31)와 주피세포마커 (NG2)를 면역형광염색하여 하여 확인한 결과 암혈관이 증가되어 있는데 이 주변을 주피세포가 잘 감싸고 있지 않아 출혈이 일어남을 확인함.
 

그림 4.  B16F10-BL6 종양세포 주입 후 CLEC14A 결핍쥐에서 전이가 증가됨.

 CLEC14A 결핍쥐에 B16F10-BL6 종양세포를 주입하면 정상쥐에 비해 암세포의 폐 전이가 현저히 증가됨을 확인하였음.
 
 
그림 5.  B16F10 종양세포 주입 후  CLEC14A 결핍쥐에 VEGFR2 활성억제제를 처리하면 종양 성장이 억제되고 생쥐의 생존율이 회복됨.

 CLEC14A가 결핍된 쥐에 B16F10 흑색종 암세포를 주입한 후 복합 티로신인산화효소 억제제인 Sunitinib 또는 VEGFR2 억제제인 DMH4를 투약하면 종양세포의 성장이 줄어들고 CLEC14A가 결핍된 쥐의 생존율이 회복됨.

 
연구책임자 이력사항

< 연세대학교 생명시스템대학 생화학과 권영근 교수 >

1. 인적사항

 ○ 소  속 : 연세대학교
 
 
2. 경력사항
 
 ○ 2013.06 – 현재   연세대학교 대학원 생명과학부 주임교수
                                 BK21플러스 생체기능시스템사업단 단장
 ○ 2009.03 – 2011.02  연세대학교 생화학과 학과장
 ○ 2007.03 – 현재     연세대학교 생화학과 교수
 ○ 2004.03 – 2007.02  연세대학교 생화학과 부교수
 ○ 2000.03 – 2004.02  강원대학교 생화학과 조/부교수
 ○ 1997.03 – 2000.02  한림대학교 한림과학원 조교수
 ○ 1994.06 – 1997.02  미국 록펠러대학 신경과학연구소 박사후연구원

3. 수상실적
 
○ 2015. 12.  미래창조과학부 장관 표창
○ 2012. 04.  대통령 표창
○ 2011. 12.  보건복지부 장관 표창
○ 2009. 12.  국가연구개발우수성과 100선, 미래부
○ 2004. 05  한국연구재단 우수성과 30선
○ 2006. 05, 2009. 12, 2014.02   우수업적교수상 (연세대학교)

< 연세대학교 생명시스템대학 생화학과 이성운 >

1. 인적사항
○ 소  속 : 연세대학교

2. 경력사항

3. 수상실적
○ 2014년 한국 세포생물학 학회 우수포스터상 수상
○ 2014년 BK21 PLUS 우수 포스터상 수상
○ 2014년 삼성 휴먼테크 논문 입상
○ 2015년 한국 혈관학회 우수포스터상 수상
○ 2016년 국제 혈관학회 Travel Award 수상