임계 전이 현상 분석으로 암 가역화 원천기술 확보… 차세대 항암 치료법 기대
KAIST 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 암세포를 정상세포로 되돌릴 수 있는 ‘분자스위치’를 최초로 발견했다. 기존 암 치료가 암세포를 제거하는 방식이었다면, 이번 연구는 암세포를 정상세포와 유사한 상태로 되돌리는 개념을 도입해 새로운 치료 패러다임을 제시했다.
연구팀은 정상세포가 암세포로 변화하는 순간(임계 전이, Critical Transition)에서 작용하는 유전자 네트워크를 분석해 암 가역화를 유도할 수 있는 핵심 분자스위치를 발굴했다. 이를 활용하면 암세포가 정상세포의 특징을 회복하도록 유도할 수 있으며, 실험을 통해 대장암 세포에서 실제로 정상세포로의 전환이 가능함을 입증했다. 이번 연구는 KAIST와 서울대학교 연구팀이 공동으로 진행했으며, 결과는 국제 저널 《Advanced Science》(1월 22일 온라인판)에 게재됐다.
임계 전이 포착… 암 발생 과정에서 새로운 전환점 발견
암은 점진적으로 진행되는 것으로 여겨졌지만, 연구진은 특정 시점에서 갑작스럽게 상태 변화가 일어나는 ‘임계 전이’ 현상이 존재함을 밝혔다. 이는 물이 100도에서 증기로 변하는 것과 같은 개념으로, 세포가 암으로 변하기 직전의 불안정한 상태를 거치는 순간을 의미한다.
연구팀은 대장암 환자의 체외 배양 조직(오가노이드)에서 단일세포 유전자 발현 데이터를 분석해 정상세포와 암세포가 공존하는 불안정한 임계 전이 상태를 포착했다. 이후 시스템생물학적 분석과 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 적용해 암세포를 정상세포로 되돌릴 수 있는 핵심 유전자를 찾아냈다. 이 과정에서 연구진은 암세포의 운명을 결정짓는 유전자 네트워크를 규명하고, 특정 조합의 전사인자를 조절하면 암세포가 정상세포의 특징을 회복할 수 있음을 입증했다.
암세포 제거 아닌 ‘운명 전환’… 새로운 치료 패러다임 기대
이번 연구가 주목받는 이유는 암세포를 죽이지 않고 정상세포로 되돌린다는 점이다. 기존 항암치료는 암세포를 사멸시키는 방식이었으나, 이 과정에서 남은 암세포가 더욱 강한 내성을 가지면서 재발할 위험이 높아졌다. 반면, 연구팀이 개발한 ‘암 가역화(Cancer Reversion) 기술’은 암세포를 정상세포와 유사한 상태로 유도해 치료하는 방식이다. 이를 통해 항암치료 과정에서 발생하는 부작용을 줄이고, 암의 재발 가능성을 낮출 수 있는 새로운 대안을 제시한 셈이다.
조광현 교수는 “정상세포가 되돌릴 수 없는 암세포 상태로 변화되기 직전의 순간을 포착하고, 이를 되돌릴 수 있는 분자스위치를 밝혀낸 것이 이번 연구의 핵심 성과”라고 강조했다. 또한 “암 발생 과정에서 세포 내부에서 어떤 변화가 일어나는지를 네트워크 차원에서 규명한 최초의 연구”라며 “향후 다양한 암종에 대한 가역 치료제 개발로 이어질 가능성이 크다”고 덧붙였다.
실제 암 치료로 연결될까?… 다양한 암종 적용 가능성
연구진은 이번 연구가 대장암을 대상으로 진행됐지만, 유사한 방식으로 다른 암종에도 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 특히, 암 발생 과정에서 임계 전이가 존재한다는 점을 고려하면, 폐암, 유방암, 췌장암 등 다양한 암에서도 정상세포로의 되돌림 치료법이 가능할 것으로 전망된다. 향후 추가 연구를 통해 임상 적용 가능성을 높이는 것이 목표다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 중견연구사업과 기초연구실사업, 보건복지부 한국보건산업진흥원의 지원을 받아 수행됐으며, KAIST 신동관 박사(現 국립암센터), 공정렬 박사, 정서윤 박사과정 학생 등이 연구에 참여했다. KAIST 연구팀의 이번 연구는 기존 항암 치료 방식과는 완전히 다른 접근법을 제시하며 암 치료의 패러다임을 변화시킬 가능성이 크다는 평가를 받고 있다. KAIST 연구팀은 앞으로 암 가역화 기술을 다른 암종에도 적용할 수 있도록 연구를 확장하고, 실제 치료제로 발전시킬 수 있는 후속 연구를 진행할 계획이다.
