Research
1. 암세포의 환경 변화에 따른 적응 기작 연구
암세포의 생장에 필수적인 기작을 표적화하는 chemotherapy, gene therapy, immunotherapy가 현재 가장 핵심적인 항암요법으로 알려져 있습니다.
그러나 이 요법에 의한 생장 기작 저해를 포함, 암세포의 생장 환경이 변화되었을 때 암세포는 이를 감지하고 환경에 적응하기 위하여 차선책을 마련하거나 자체 형질변환 과정을 거치면서 지속적인 증식을 하는 것으로 예측되지만 관련 연구는 매우 미흡한 실정입니다.
본 연구실에서는 크게 텔로머레이즈(TERT: Telomerase) 결핍 암세포의 텔로머레이즈 획득 형질 변환 연구, 소세포성 폐암(SCLC: Small cell lung cancer)의 항암제 내성 획득 기작 연구를 진행 중입니다.
1) 텔로머레이즈 결핍 암세포의 텔로머레이즈 획득 형질변환 연구
텔로미어(Telomere)는 세포의 수명을 결정짓는 중요한 부분으로, 염색체 말단에 위치하며 DNA 복제 과정의 반복에 따라 짧아짐으로써 DNA가 점차 소실된다고 알려져 있습니다.
대부분의 암세포 (85-90%)는 Telomere 부분을 복제하여 이를 유지하는 역전사 효소 TERT 단백질이 발현하기 때문에 Telomere가 짧아지지 않음으로써 DNA의 소실 없이 암세포의 무한 생장을 가능하게 합니다.
다양한 제약사에서 TERT 단백질을 표적으로 인식하는 항암제를 개발하여 그 효능을 확인하였으나, 전체 암 중에서 약 10-15%를 차지하고 있는 TERT 결핍 암세포(ALT: Alternative Lengthening of Telomere)는 TERT 단백질이 발현하지 않아 TERT표적 항암제에 의한 증식 억제나 사멸효과가 나타나지 않습니다.
ALT 암세포는 TERT 단백질의 기능 대신에 상동재조합 기작(HR: Homologous Recombination)을 이용하여 Telomere의 길이를 유지합니다.
ALT 암세포와 TERT 발현 암세포는 그 특성이 매우 다르다고 보고되어 있습니다.
TERT 발현 암세포와 달리 ALT 암세포의 필수 생장 기작에 대한 연구 및 표적화 할 수 있는 핵심 인자 단백질들의 발굴이 매우 미흡하기 때문에 ALT 암세포에 대한 효과적 치료 체계가 확립되어 있지 않습니다.
본 연구실은 크로마틴에 결합하는 단백질들을 선별하여 CRISPR-CAS9 기반의 Knockout(KO) ALT 암세포를 제작 후, 장기간 계대 배양하였을 때 기존의 특성과는 다른 생리적 특성을 보임을 확인하였습니다.
즉 ALT 암세포의 특성을 소실하고 TERT 발현 암세포의 특성을 나타내는 것을 확인하였습니다.
앞으로 ALT 암세포에서 TERT 발현 암세포로의 형질변환을 유도하는 크로마틴 결합 단백질들의 공통 기능 및 메커니즘을 규명하여 ALT 암의 새로운 치료 방법을 제시하기 위한 연구를 수행하고 있습니다.
2) 항암제 내성 획득 형질변환 연구
많은 암 중에서도 소세포성 폐암(SCLC)은 초기 단계 진단의 어려움, 2차 항암제 투여 시 항암제 내성으로 인한 암세포 사멸 효과의 미비로 인해 그 치료가 상당히 어려운 실정입니다.
본 연구실에서는 CRISPR-CAS9 기반의 특정 크로마틴 결합 단백질 KO SCLC 암세포를 제작한 후 장기간 배양한 조건에서 항암제 내성에 관여하는 단백질들의 발현이 크게 변화하는 것을 확인하였습니다.
이 SCLC 세포주들은 2차 항암제 투여 시 환자에게 보여지는 항암 효과가 미비한 것과 유사한 결과를 보여주었습니다.
전장전사체 분석(RNA-Sequencing)과 후성유전체 분석(ChIP-Sequencing)을 포함한 차세대 염기서열 분석법(NGS: Next Generation Sequencing)을 통해 항암제 내성 관여 인자들의 발현이 전사(Transcription)적 측면에서 조절되는 것을 확인하였습니다.
본 연구실에서는 항암 내성 관여 인자의 전사를 조절하는 특정 크로마틴 결합 단백질의 메커니즘을 발굴하여 항암제 내성 획득을 차단, 이를 통해 폐암 치료 방법을 제시하기 위한 연구를 수행하고 있습니다.
2. 세포주기 조절 단백질의 유비퀴틴화 기작 연구
암세포의 세포주기는 DNA 복제, DNA 손상 및 복구 및 세포분열을 포함하는 단계입니다.
세포주기 조절 단백질들의 발현은 시간적, 공간적으로 매우 정밀하게 조절되며, 이는 단백질 합성 후 변형기작(PTM: Post Translational Modification)의 유비퀴틴화(Ubiquitination)-단백질 분해기작(Proteolysis)에 의해 조절되고 있습니다.
본 연구실에서는 세포주기별 특이적으로 기능하는 유비퀴틴화 효소(Ubiquitin E3 ligase)들의 새로운 기질 단백질들을 발굴하여 암세포의 세포주기를 차단, 암세포의 증식을 억제하기 위한 연구를 수행하고 있습니다.
3. 유비퀴틴화 효소 CRL 메커니즘 연구
현재 600여개 이상으로 알려진 유비퀴틴화 효소 단백질 중에서, Cullin-RING E3 Ligase (CRL)는 세포 내 전체 20% 이상의 유비퀴틴화를 담당하는 핵심 인자로 알려져 있습니다.
CRL은 8가지의 Scaffold 단백질(Cullin 1, 2, 3, 4A, 4B, 5, 7, 9)에 따라 8가지의 CRL로 구성되어 있으며, 각 CRL 복합체는 저마다의 특이적 Adaptor 단백질, 70-100가지에 이르는 다양한 기질 인식 단백질들을 복합체 내에 구성하고 있습니다.
본 연구실에서는 CRL4(Cullin 4-RING E3 Ligase)의 기질 인식 단백질 중 하나인 RepID 단백질이 기질을 인식하여 유비퀴틴화를 촉매하지 않고, CRL4의 크로마틴 결합을 유도함으로써 CRL4의 기능을 매개한다는 사실을 밝혀내었습니다 (Jang et al., Nature Communications, 2018).
또한 세포분열기(Mitosis)에서 중추적 역할을 수행하는 BUB3 단백질이 CRL4의 새로운 기질 단백질임을 밝힘으로써 CRL4의 기능이 DNA복제기(S-phase)에 국한되어 있는 현재의 연구 동향을 변화시키는 페러다임을 제시하였습니다 (Jang et al., Nature Communications, 2020).
본 연구실에서는 다양한 세포주기에서 CRL4의 새로운 기질 단백질들을 발굴하고, 다른 CRL의 크로마틴 유도를 담당하는 구조적 기능 기질 인식 단백질을 발굴하려 합니다.
“기질 인식 단백질은 기질의 유비퀴틴화를 촉매한다”는 기존의 연구 뱡향을 넘어, 적어도 2종류 이상의 기능적 차이를 보이는 기질 인식 단백질, 즉 CRL을 세포 내 특정 위치로 유도하는 구조적 기질 인식 단백질(Structural Substrate Receptor)과 기질의 유비퀴틴화를 담당하는 촉매적 기질 인식 단백질(Catalytic Substrate Receptor)로 구분될 수 있다는 사실을 규명하기 위한 연구를 수행하고 있습니다.
이는 본 연구실에서 제시하는 “Substrate receptor protein Switching mechanism in CRL complex”를 공고히 확립하여 차후 CRL 네트워크를 표적으로 하는 항암제 개발에 기여할 수 있을 것으로 생각합니다.