국내 연구진이 대표적 난치성 혈액암인 급성 골수성 백혈병과 만성 골수성 백혈병의 생존 메커니즘을 밝혀 새로운 치료법 개발의 가능성을 열었다.

 

한국연구재단(이사장 홍원화)은 순천향대학교 의생명융합학과 권혁영 교수 연구팀이 종양 줄기세포가 아미노산 결핍 환경에서도 살아남도록 돕는 DEPTOR* 단백질의 핵심 분자 경로를 규명하여, 난치성 혈액암 치료의 새로운 전략을 제시했다고 2일 밝혔다.

*DEPTOR: 세포 성장과 대사 조절에 중요한 역할을 하는 단백질로 mTOR 신호 억제 단백질. 이번 연구에서 KIF11 안정화와 대사 적응 조절 기능이 새롭게 규명됨.

 

   ▲ 권 혁영 교수

 

급성 골수성 백혈병은 조혈 전구세포*의 분화 이상으로 발생하며, 항암치료나 조혈모세포 이식치료에도 불구하고 환자의 5년 생존율이 약 24%에 불과한 실정이다.

*전구세포: 더 이상 분화되지 않고 한 가지 유형의 세포로만 분화할 수 있는 줄기세포로, 특정 세포로 분화되기 전 단계의 미성숙 세포를 지칭함.

 

 최근 연구에서는 백혈병 세포는 정상 세포와 달리 아미노산 대사에 의존하는 대사적 취약성을 보이며, 이러한 대사적 취약성을 표적하면 암세포 억제가 가능하다는 사실이 밝혀졌다.

 

 하지만 백혈병 줄기세포가 아미노산 결핍 환경에서도 살아남는 적응 메커니즘은 명확히 규명되지 않아 새로운 치료 전략 수립에 한계가 있었다.

 

 연구팀은 난치성 혈액암에서 아미노산 대사에 관여하는 네 개의 단백질 ATF4* -MSI2**–DEPTOR –KIF11***의 상호작용 결과가 백혈병 줄기세포가 대사 스트레스 환경에서도 생존하게 하는 핵심 기전임을 규명하고, 이를 억제하면 종양 세포만 선택적으로 차단할 수 있음을 밝혔다.

*ATF4: 세포 내 스트레스, 아미노산 결핍, 산화적 스트레스 등에 대한 반응으로 발현이 유도되는 전사 인자.

**MSI2: 세포의 증식·분화 및 줄기세포 유지와 관련된 RNA 결합 단백질. 암 줄기세포의 자기 복제를 촉진하는 것으로 알려짐.

***KIF11: 세포분열에 중요한 방추체 형성 단백질로, DEPTOR에 의해 안정화됨.

 

 연구팀은 분자생물학적 기법과 환자 세포, 동물 모델 연구를 통해 아미노산 결핍 환경에서 DEPTOR가 KIF11을 안정화시켜 mTOR* 조절과 대사 적응을 가능하게 하며, 이를 통해 백혈병 세포가 DNA 손상과 세포사멸을 회피한다는 새로운 원리를 제시하였다.

* mTOR: 세포 성장, 증식, 생존, 대사 및 자가포식 조절을 담당하는 단백질 키나아제 복합체.

 

 실험결과 DEPTOR가 결핍된 조혈모세포에서는 아미노산 부족 시 DNA 손상과 세포사멸이 크게 증가하였으며, 환자 세포와 동물 모델에서도 DEPTOR 억제가 백혈병 진행을 억제하였다.

 

 반면 정상 조혈모세포에는 영향이 적어 DEPTOR가 선택적 치료 타깃임이 입증되었으며, 환자 데이터 분석에서도 DEPTOR 발현이 높을수록 생존율이 낮았다는 사실이 임상적 의의를 뒷받침하였다.

 

 권혁영 교수는 “이번 연구는 백혈병뿐 아니라 다른 암종에도 적용 가능해 정밀의학 기반 차세대 항암치료 개발의 토대가 될 것으로 기대된다”라며, “이를 실제 임상 치료로 확장하기 위해서는 약물 개발, 임상 적용, 안전성 검증 등 다각적인 후속 연구가 필요하다”라고 밝혔다.

 

 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 지원사업과 한국 보건의료기술 연구개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 혈액암 분야 국제학술지 ‘백혈병(Leukemia)’에 10월 1일 게재되었다.

 

(그림1) Deptor 의 작용 기전

MSI2가 DEPTOR mRNA를 안정화시켜 발현을 유지하고, DEPTOR는 KIF11 단백질의 분해를 막아 안정화한다. 안정화된 KIF11은 세포분열 방추체 형성과 함께 mTORC1의 위치를 조절해 아미노산 결핍 시 적절한 대사 적응을 가능하게 한다. DEPTOR가 결핍되면 DNA 손상, 세포사멸, 분화가 증가하여 백혈병 진행이 억제된다.