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- 처음으로 어린이에게 흔히 발생하는 연조직 암세포를 정상 근육세포로 전환시키는 데 성공
- 세포 배양에서 미성숙 근육 전구세포의 퇴화에 중심 역할을 하는 NF-Y라는 단백질 억제
- 육종 암세포를 죽이지 않고 다시 건강하고 성숙한 세포로 바꾸는 치료법의 새로운 출발점

암세포가 근육세포로 전환됨
단백질을 차단하면 횡문근육종 세포가 근육세포로 분화될 수 있다.

차이가 있는 암 치료법:
연구자들이 처음으로 어린이에게 흔히 발생하는 연조직 암세포를 정상 근육세포로 전환시키는 데 성공했다. 이를 위해 그들은 세포 배양에서 미성숙 근육 전구세포의 퇴화에 중심적인 역할을 하는 NF-Y라는 단백질을 억제했다. 이러한 단백질 차단의 결과로 횡문근 육종 세포는 근육세포로 성숙되어 암 특성을 상실한다고 팀은 보고했다. 이것은 이 근육암과 다른 육종을 치료하는 새로운 접근법을 열 수 있다. 

▲ 완벽하게 정상처럼 보이는 이 근육 세포는 원래 암세포였다. 단백질을 차단하면 이전의 횡문근육종 세포가 정상적인 근육 세포로 되돌아간다. © Vakoc lab/ Cold Spring Harbor Laboratory

비정상적인 근육 전구세포에서 발생하는 횡문근 육종은 소아에서 가장 흔한 연조직 암이며 때로는 치료가 어렵다. 이러한 유형의 암의 출발점은 근섬유의 배아 전구체 세포인 근아세포다. 횡문근육종에서는 이러한 전구세포가 방추형 근육세포로 성숙되지 않고, 대신 미성숙 상태에서 퇴화되어 공격적으로 증식하게 된다.

이러한 퇴행을 유발하는 가장 일반적인 원인 중 하나는 일반적으로 분리되어 있는 두 개의 암 유전자가 잘못 융합되어 발생하는 것이다. 이 융합된 유전자 복합체는 종양 단백질 PAX3-FOXO1을 생성해 근육 전구세포의 정상적인 분화를 중단하고 대신 횡문근 육종 세포로 전환시킨다. PAX3-FOXO1이 이를 수행하는 방법과 어떤 유전자가 근모세포의 변성에 관여하는지에 대해서는 지금까지 부분적으로만 밝혀졌다.

퇴행 인자 검색

뉴욕 콜드 스프링 하버 연구소(Cold Spring Harbor Laboratory)의 마티나 스로카(Martyna Sroka)가 이끄는 연구팀은 근육 전구체 세포의 퇴화에 있어 또 다른 중요한 요소이자 미래 치료법의 새로운 출발점을 확인하는 데 성공했다. 연구를 위해 그들은 CRISPR/Cas9 유전자 가위의 수정된 버전을 사용하여 횡문근육종 세포의 다양한 유전자를 침묵시켰다. 그런 다음 면역형광 라벨링과 세포 모양 분석을 사용하여 이것이 암세포에 어떤 영향을 미치는지 확인했다.

실제로 팀은 그들이 찾고 있던 것을 발견했다. 종양 단백질 PAX3-FOXO1에 대한 유전자 복합체 외에도 다른 단백질에 대한 유전자를 차단하는 것도 효과가 있었다. 만약 연구자들이 NF-Y라고 불리는 이 단백질의 형성을 막는다면 이는 이전에 억제되었던 퇴행성 전구세포 복도의 성숙이 다시 시작되었다. 그 결과, 둥근 암세포 대신 방추형 세포가 세포 배양에서 발생하여 액틴, 미오신 및 기타 근육의 전형적인 구성 요소를 형성했다.

암세포가 근육세포가 되다

Cold Spring Harbor Laboratory의 수석 저자인 Christopher Vakoc은 "이 세포들은 근육세포로 바뀌었고 암과 같은 모든 특성을 잃었다"며 "암세포는 증식만을 원하는 세포에서 수축을 지향하는 세포로 변형된다"고 말했다. 퇴행성 암세포가 상대적으로 정상적이고 분화된 근육세포로 거의 완전히 재전환된 것은 연구팀에게도 놀라운 일이었다.
더 자세한 분석에 따르면 NF-Y를 끄면 생화학적 연쇄 반응이 시작되고, 그 결과 종양 단백질 PAX3-FOXO1에 대한 유전자 복합체의 활성도 대폭 하향조절되는 것으로 나타났다. 이는 또한 세포 성숙에 대한 이 종양 단백질의 억제 효과에도 작용한다. 미성숙 근육 전구체 세포는 다시 정상적으로 발달하여 근육 섬유 세포로 분화될 수 있다.

▲ 횡문근육종 암세포에서 NF-Y 단백질의 스위치가 꺼지면 미성숙하고 퇴화된 세포가 분화된 근육 세포로 전환된다(오른쪽). © Vakoc lab/ Cold Spring Harbor Laboratory

다른 육종에도 관련됨

연구팀이 설명했듯이, 새로 발견된 이 메커니즘은 다른 연조직 종양에도 관련될 수 있다. Sroka와 동료들은 "중간엽 세포의 손상된 분화는 많은 연조직 육종의 주요 특징이다"고 설명한다. 따라서 그들이 개발한 스크리닝 방법은 다른 유형의 암에서 그러한 조절 단백질을 식별하고 차단하는 데 도움이 될 수 있다.

이는 육종 암세포를 죽이지 않고 다시 건강하고 성숙한 세포로 바꾸는 치료법의 새로운 출발점을 열어준다. 이전 연구에서 Vakoc과 그의 팀은 이미 어린이에게 특히 흔한 뼈 종양인 유잉 육종의 세포 배양을 건강한 세포로 전환하는 데 성공했다. 연구팀은 이제 자신들의 연구를 통해 인간에게 심각한 부작용 없이 이러한 전환을 가능하게 하는 활성 물질을 찾기를 희망하고 있다.

새로운 암 치료법에 대한 접근

Vakoc은 "이 기술을 사용하면 모든 유형의 암을 적절하게 성숙시킬 수 있는 수단을 찾을 수 있다. 이것은 그러한 분화 치료법의 더 넓은 적용을 향한 중요한 단계가 될 수 있다"고 말했다. 그러나 이는 퇴행성 횡문근육종 세포가 차단에 훨씬 더 민감하게 반응하더라도 건강한 세포에도 NF-Y 단백질이 필요하다는 사실로 인해 이것이 더욱 어려워진다. 연구진은 “이것은 NF-Y를 일시적으로 차단함으로써 육종 세포의 분화를 유도하는 동시에 건강한 조직에는 최소한의 영향만 미칠 수 있는 기회를 열어줄 것”이라고 설명했다.
(Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; doi: 10.1073/pnas.2303859120)
출처: Cold Spring Harbor Laboratory

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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