KAIST, 세계 최대 규모 '암 지도' 구축했다

단일세포 암 전사체 데이터의 상세 분석을 위한 데이터 프로세싱 과정 모식도. [사진=KAIST]

한국과학기술원(KAIST)는 박종은 의과학대학원 교수, 최정균 바이오및뇌공학과 교수 공동 연구팀이 세계 최대 규모의 암 조직 단일세포 및 공간전사체 데이터베이스를 구성했다고 22일 밝혔다.

연구팀은 이를 바탕으로 이세훈 삼성서울병원 교수 연구팀과 함께 면역 치료의 예후 예측에 중요한 세포 생태계 타입을 보고했다.

단일세포 및 공간전사체란 모든 유전자의 발현 양상을 개별 세포 단위에서 혹은 3차원 조직 구조상에서 분석한 데이터를 일컫는다. 미세환경을 구성하는 세포들과 그들의 3차원적 배열·상호작용을 정량적으로 측정·표현한다는 점에서 미세환경의 이질성 개념을 생태계 수준으로 확장해 디지털 정보의 형태로 저장·분석할 수 있게 한다는 점이 특징이다.

KAIST 연구팀은 암세포 생태계 타입들을 전 암종(pan-cancer) 수준에서 규명하기 위해 약 1000개의 암 환자 조직 샘플, 500여 명의 정상 조직 샘플에 대한 단일세포 전사체 데이터를 30종 이상의 암종에 대해 수집했다. 이로써 모든 암에 대한 세포 지도가 총망라된 전 암종 단일세포 지도(pan-cancer single-cell atlas)를 구축했다.

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내과 전문의가 포함된 연구진이 직접 데이터를 수집하고, 메타데이터 재처리와 암종 분류를 진행함으로써 암 조직을 구성하는 100여 개의 세포 상태를 규정하고, 이들의 발생빈도를 바탕으로 각 암종별 조직의 상태를 분류했다. 또 미국의 암 환자 공공 데이터베이스(TCGA) 등의 대규모 코호트 데이터를 활용해 각 세포 상태가 암 환자의 치료·예후에 미치는 영향을 분석했다.

특히 여러 세포 상태 간의 상호작용 분석을 통해서 암세포 생태계 네트워크를 구축했다. 이 중에서 삼차 림프 구조(tertiary lymphoid structure) 구성요소를 포함하는 인터페론 연관 생태계가 이세훈 교수 연구팀의 폐암 코호트를 포함해 면역관문 억제 치료(immune checkpoint inhibitor)를 받은 여러 암종들에서 면역관문 억제 치료 반응 예측에 효과적임을 확인했다.

연구를 주도한 박종은 교수는 "이번 연구를 통해 세계 최대 규모의 암 조직 데이터베이스를 구축했고, 이를 바탕으로 면역 치료의 예후 예측에 중요한 영향을 줄 것"이라고 설명했다. 또 "소수의 환자에게 아주 좋은 치료반응을 보이나 일부의 경우 면역 관련 부작용을 나타내는 면역 관문 억제제의 치료 대상군 선정에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다"고 강조했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 네이쳐 커뮤니케이션즈지에 지난 14일자로 출판됐다, 연구는 한국연구재단의 차세대바이오유망범용기술연구지원사업과 우수신진연구사업, 한국보건산업진흥원 연구중심병원 육성사업, 융합형의사과학자양성사업, 포스코사이언스펠로우십의 지원을 받아 수행됐다.