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암의 진화에 기여한 역할

  • AD 최고관리자
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  • 2014.10.06 15:04

스트레스를 받은 세포는 안전모드로서 암으로 변하게 된다. 이것은 산소와 면역치료가 이 질병을 치료할 수 있는 최선의 방안이라는 것을 보여준다. 손상된 컴퓨터의 운영체계가 보존을 위해서 시도하는 ‘안전모드’처럼 외부의 위협에 직면하게 될 때 우리의 세포도 암을 ‘안전모드’로 작동하게 되는 것인가? 최근 아리조나 주립대학 템플 (Arizona State University in Temple)의 우주물리학자인 폴 데이비스 (Paul Davies)의 연구팀은 진화의 뿌리를 둔 암의 기원에 대한 논란이 되고 있는 이론을 이용하여 이러한 결론을 내렸다. 만일 이들의 주장이 옳다면 바이러스나 박테리아에 감염을 시키거나 산소를 이용한 치료를 포함한 다양한 대안적 치료법이 효과적일 수 있을 것이다.

처음에 생의학자가 아닌 물리학자로 훈련을 받았던 데이비스는 ‘암과의 전쟁’의 전사가 될 가능성은 적었다. 하지만 7년 전에 질병에 대한 새로운 관점을 알아내기 위해 애리조나 주립대학은 물리학자들과 종양학자들이 함께 연구할 수 있는 연구소를 개소하면서 그를 초빙했다. 데이비스는 “우리는 처음부터 암을 다시 생각하도록 했다”고 말했다. 데이비스는 캔버라에 위치한 호주국립대학 (Australian National University)의 우주생물학자인 찰리 라인위버 (Charley Lineweaver)와 캐나다의 온타리오에 위치한 런던보건과학센터 (London Health Science Center)의 종양학자인 마크 빈센트 (Mark Vincent)와 함께 팀을 이루어 연구를 시작했다. 함께 이들은 암을 휴면기를 갖고 있는 고대의 사전에 프로그램된 특징의 재발현이라는 귀선유전 모델(atavistic model)로 정의했다. 이번에 학술지 <BioEssay>지에 발표된 논문에서 이들은 암은 인간뿐 아니라 많은 동물과 식물에서 나타나기 때문에 우리가 공유하는 단세포 조상으로부터 수백만 년 전에 진화한 것이 틀림없다고 주장했다.

당시에 세포들은 암처럼 통제되지 않고 확산될 수 있는 능력이나 영원성으로부터 이익을 얻었을 것이다. 복잡한 다세포조직으로 발달했을 때, “영원불사성은 난자와 정자로 전달되었다”고 데이비스는 말했다. 그리고 체세포 (생식에 연관되지 않는 세포)는 더 이상 이러한 기능을 할 필요가 없게 되었다. 이 연구팀의 가설은 세포의 건강에 대한 환경위협에 마주했을 때 (방사선이나 생활습관요소) 세포는 “재프로그램된 안전모드”로 복귀하게 된다. 이렇게 되는 과정에서 이 세포는 고도의 기능성을 버리고 생존을 위해서 잘못된 방식으로 확산되는 휴지기의 능력을 다시 끌어내온다. 데이비스는 “암은 실패한 안전성이다. 일단 서브루틴 (subroutine)이 작동되면 이 프로그램은 무자비하게 시행된다”고 말했다.

지난 9월 11일에 런던 임페리얼 컬리지의 의학공학학회에서 데이비스는 격세유전 모델에 근거한 암 치료방법들을 발표했다. 단순히 암의 재생산 능력 또는 암의 힘을 공격하는 방법보다는 이 모델은 암의 아킬레스건을 노출시키는 것이라고 그는 말했다. 예를 들어 만일 그의 이론이 정확하다면 지구의 환경에 좀 더 산성이고 산소가 적은 환경에서 진화했을 것이다. 그래서 이 연구팀은 환자를 높은 수준의 산소와 음식섭취에서 당분을 줄이게 되면 산도를 낮추어 암이 무리하게 되고 종양이 수축하게 될 것이라고 주장했다.

암에 산소수준의 변화가 미치는 영향에 대해서는 지난 몇 년 동안 독립적으로 많은 연구가 이루어졌으며 데이비스의 이론을 지지하고 있다고 벨기에의 자유 브뤼셀 대학 (Free University of Brussels)과 폴 헨리 스파크 대학 (Paul Henri Spaak School)의 코스탄티노 발레스트라 (Constantino Balestra)는 말했다 (Moen, I. & Stuhr, L. E. B. Target Oncol. 7, 233–242 (2012); Poff, A. M., Ari, C., Seyfried, T. N. & D’Agostino, D. P. PLOS ONE http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0065522 (2013). 예를 들어 동료평가 저널에 제출된 아직 출판되지 않은 논문에서 발레스트라의 연구팀은 최근에 약간 산소수준을 높이면 백혈구세포가 건강한 세포를 해치지 않고 세포죽음으로 유도할 수 있다는 것을 보여주었다. 발레스트라는 “이것은 너무 쉬워 보인다. 우리의 예비 연구결과는 약간의 부가적인 산소를 하루에 1~2시간 정도 더 공급하게 되면 다른 전통적인 암치료법과 결합하여 환자에게 심각한 부작용없이 혜택을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 하지만 이 연구는 데이비스의 가설을 테스트한 것이 아니며 격세유전모델이 정확하다는 것을 증명한 것은 아니라고 강조했다.

데이비스의 연구팀은 또한 선택적으로 환자를 박테리아나 바이러스에 감염시키는 면역치료법을 지지하고 있다. 의학연구자들은 이미 인공적으로 환자의 면역력을 높여서 회복을 돕는 접근법에 긍정적인 결과를 얻었다. 예를 들어 면역치료법은 이미 피부종양을 치료하는데 효과적이었으며 다른 암에 대한 결과도 현재 조사 중이다. 하지만 격세유전 모델에 의하면 면역시스템을 고무시키는 것과 함께 암세포는 또한 건강한 세포보다 전염병원체에 의해 죽음을 당할 취약성이 높다. 그 이유는 암세포는 안전모드를 다시 작동시킬 때 높은 보호기능성을 잃기 때문이라고 데이비스는 주장했다. 최근 연구에서 실험쥐와 개 그리고 인간에 클로스트리듐 포자 (clostridium spores)를 주입하면 이러한 해석을 지지하는 결과를 가져온다고 그는 말했다. 미국 미시건주의 디트로이트에 위치한 웨인 주립대학 (Wayne State University)의 외과 종양학자인 데이비드 고르스키 (David Gorski)와 같은 일부 과학자들은 회의적이다.

데이비스의 연구팀은 이미 좀 더 직접적으로 이러한 비판에 대한 답으로서 이론을 테스트하는 연구를 시작했다. 데이비스는 “우리 이론의 핵심은 암을 일으키는 유전자의 연령”이라고 설명했다. 격세유전 모델은 암의 시작단계에서 세포는 좀 더 원시적인 모드로 되돌아가며 좀 더 최근에 진화된 기능은 중단된다. 결국 이 연구팀은 암이 진전될수록 좀 더 최근에 진화된 유전자는 그 기능을 잃게 되는 반면에 고대의 유전자들은 활성화된다고 설명했다. 이러한 가설이 옳은지 체크하기 위해서 데이비스의 연구팀은 현재 우리가 다른 생물종과 공통적으로 공유하고 있는 유전자를 분류하는 다양한 데이터베이스를 가지고 암과 연관되는 유전자를 찾는 암유전체 아틀라스 (cancer genome atlas)로부터 얻은 데이터를 교차참조하고 있다. 이 유전자의 연령과 암 사이에 존재하는 상호연관성은 격세유전 모델을 강화할 것이다. 데이비스는 “두 개의 데이터세트를 결합하는 것은 이전에는 이루어지지 않았다. 하지만 많은 돈이 들어가지 않는 데이터 마이닝 활동이며 현재 우리가 이 연구를 수행 중”이라고 말했다.

호주의 아들레이드 대학 (University of Adelaide)의 외과 종양학자이며 면역치료전문의인 브렌든 코벤트리 (Brendon Coventry)는 암의 기원을 이해하기 위해서 현존하는 의학적 증거를 가지고 물리학자와 종양학자가 함께 연구하는 가치를 보여주고 있다고 말했다. 코벤트리는 “생물학과 의과학에서 엄청난 비용과 많은 총명한 연구자들이 암과의 전쟁에서 실패하고 있다. 현재 우리는 새로운 패러다임을 필요로 하고 있다. 물리학자들은 세포를 새로운 방식으로 접근하기 위해서 ‘내적 우주’로 볼 수 있다”고 말했다.

출처: <네이처> 2014년 10월 2일 (Nature doi:10.1038/nature.2014.16068)
원문참조:

Lineweaver, C. H., Davies, P. C. W. & Vincent, M. D. BioEssays 36, 827–835 (2014).
Moen, I. & Stuhr, L. E. B. Target Oncol. 7, 233–242 (2012).
Poff, A. M., Ari, C., Seyfried, T. N. & D’Agostino, D. P. PLOS ONE http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0065522 (2013).

/ KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 2014-10-06

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