혈청 엑소좀 (serum exosome)을 활용한 정밀진단 기술개발

정밀의료 (Precision medicine)는 환자의 유전적 변이 및 가족력, 환경적 요인과 기타 질병 유무, 생활 습관 등을 big data화하고 질병과 예후를 통합함으로써 환자마다 최적화된 진단 및 치료법을 제공하는 의료 분야를 말한다. 지금까지는 평균적인 사람들을 기준으로 약을 개발하고 개발한 약을 모든 사람에게 적용하는 one-size-fits-all 전략이었고 개인 차는 고려하지 않았기 때문에 사람에 따라 약이 듣지 않거나 부작용을 수반하게 되었다.

세포는 다양한 종류의 세포외 소포체 (extracellular vesicle 줄여서 EV라고 부르기도 함)를 배출한다. EV는 엑토좀(ectosomes) 과 엑소좀 (exosomes) 두 종류로 나눌 수 있다. 엑토좀은 세포의 세포막에서 budding이라는 과정을 통해 발생하고 microvesicles과 microparticles 등이 있으며 크기가 50 nm 에서 1 ￬m 정도로 큰 편이다. 반대로 엑소좀은 endosomal에서 만들어지고 크기가 50 to 150 nm 정도로 엑토좀에 비해 작고 평균 크기는100 nm 정도이다. EV는 엑소좀을 포함해서 막으로 둘러싸인 구조여서 안에 여러 세포 구성물들을 가지고 있다. 대표적으로 DNA, RNA, lipids, metabolites 등과 세포질과 세포막에 존재하는 단백질들도 함유하고 있다. 엑소좀이 갖는 생리학적 기능에 대해서는 잘 알려지지는 않았지만, 지금까지는 엑소좀이 세포 활동에서 발생하는 여분의 물질들을 단순히 세포 밖으로 버리기 위한 기능을 갖는 것으로 알려져서 주목받지 못했으나, 최근 들어 엑소좀을 통한 세포 간의 교류에 기능을 하는 것으로 알려지며 새롭게 그 역할이 주목 받고 있다.

우리 연구실은 이러한 엑소좀이 혈청에도 존재한다는 것에 주목하여 혈청 엑소좀을 다중오믹스로 분석하여 암과 당뇨합병증, 치매 등 여러 질병에서 조기 정밀진단마커로 활용하는 기술을 개발하고 있다.

EMT와 non-EMT의 비교를 통한 암전이 연구

유방암이나 폐암 등 우리가 흔히 듣는 많은 암들이 상피조직에서 발생한다. 따라서 처음에 암이 발행했을때는 암은 상피세포암이고 상피세포의 특성상 세포간에 단단하게 결합되어 있고, 세포 분열을 통해 암 조직이 커지게 된다. 반면, 전이라는 과정은 원발암에서 암세포가 떨어져나와서 다른 2차 장기로 전파되어 암이 자라는 과정을 말하고, 암 환자의 사망의 90% 이상이 암 전이에 기인하고 있지만 아직까지도 암 전이를 막는 약은 개발되어 있지 않다. 암 전이는 상피세포가 mesenchymal 형태로 바꿔지는 epithelial-mesenchymal transition (EMT)이라는 과정을 거쳐야 하는데, 그 이유는 이동성이 약하고 침투력도 약한 상피세포로는 암 전이를 설명하기 어렵기 때문이다. 따라서, 전이를 위해서는 이동성이 높고 침투력이 강한 mesenchymal 형태로 전환된다는 이론은 현재 정설로 받아지고 있다. 하지만, 최근들어서 혈액 내에 떠돌아다니는 epithelial clusters들을 많이 확인하면서 상피세포들이 전이에 관여할지도 모른다는 이론들이 나오고 있지만, 아직까지 명확한 분자신호전달 기전은 알려진 바가 없다.

본 연구실에서는 전이과정에서 EMT에 의한 전이 이외에도 non-EMT에 의한 전이가 가능하다는 연구를 진행하고 있고, 나아가 epithelial cluster가 어떻게 전이를 야기하는지에 대한 분자신호전달 기전에 대한 연구를 수행하고 있다. 이 연구는 향후 암 전이의 새로운 패러다임을 제시하고 나아가 새로운 암 전이 치료제를 개발하는데 기여할 것이다.