< 이현진 박사과정 학생 >

 

 

이번 달에는 카이스트 바이오및뇌공학과 김필남 교수님 연구실에서 연구하고 계신 이현진 박사과정 학생과 인터뷰를 진행했습니다.

 

 

Q1. 안녕하세요, 이달의 학과 연구 성과 취재 인터뷰에 응해주셔서 진심으로 감사드립니다. 간단한 본인 소개와 인사말씀 부탁드립니다.

안녕하세요. 바이오및뇌공학과 김필남 교수님 연구실에서 종양 미세환경에 대해 연구하고 있는 이현진입니다. 학·석·박 모두 바뇌과에서 공부와 연구를 진행했고, 학부 때 김필남 교수님을 만나고 나서부터 여러 종류의 고형암과 암 주변의 환경에 관심을 가지기 시작해 이에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 이달의 학과 연구 성과로 뵙게 되어서 기쁘고 영광입니다. 

 

 

Q2. 올해 4월 Molecular & Cellular Proteomics에 ‘Proteomic heterogeneity of the extracellular matrix identifies histologic subtype-specific fibroblast in gastric cancer’ 논문을 게재하셨는데, 해당 논문에 대해 간략하게 설명을 부탁드립니다.

논문은 4월에 학술지에 제출(submit)해서 9월에 최종적으로 승인(accept)이 되어서 온라인으로 게재된 상태입니다. 논문 제목만 보시면 굉장히 어렵다고 느껴지실 수 있을 것 같은데, 3가지로 쪼개서 보시면 더욱 이해하시기 쉬우실 것 같습니다. 첫 번째는 “조직학적으로 다양한 위암에 대한 내용” 이라는 것이고 두 번째는 “같은 이름의 위암이라도 조직학적으로 다양한 위암에 대해서 암조직을 이루고 있는 세포외기질(ECM) 단백질이 다르게 구성되어 있다는 내용” 이라는 것이고 마지막으로는 “특정 유형의 위암에서는 특정 ECM 단백질들이 특정 세포에 의해 많이 발현되어 있다는 내용”으로 말씀드릴 수 있을 것입니다.

<연구 관련 내용 대표 이미지>

 

각각의 내용에 대해 더욱 구체적으로 말씀드리면, 저희가 암이 생겼는지 안 생겼는지 판단하기 위해서 위 내시경 검사를 받습니다. 위 내시경 검사를 받을 때 암으로 보이는 일부 조직을 떼어내서 암이 생겼는지 판단하기 위해 조직 검사를 진행하는데요. 조직 검사에서 암세포가 어떠한 형식으로 암을 형성했는지, 예를 들어, 암세포가 뭉쳐있는 형태인지, 아니면 개별적으로 위조직에 침투해 있는지에 대한 검사를 하고 그 결과에 따라 위암의 조직학적 타입을 결정하게 됩니다. 이렇듯 같은 위암으로 판별 받아도 암이 어떻게 생겼는지에 따라 다양한 타입으로 구분되는데요. 저희는 이러한 다양한 위암의 타입을 암조직을 이루는 ECM 단백질로 구분할 수 있지 않을까해서 연구를 시작하게 되었습니다.

다양한 위암 조직에 대해 ECM 단백질들을 분석해 보았을 때, 정상 조직은 비교적 환자간의 차이가 적음을 확인할 수 있었던 반면, 종양 조직의 경우 환자별로 많은 차이를 보이며, 정상 조직과 ECM 단백질 구성의 차이가 있음을 확인했습니다. 이해하기 쉽게 “암세포가 집에 살고 있는 사람”, “ECM 단백질이 그 사람이 사는 집”이라고 하면, 집에 살고 있는 암세포가 어떤 암세포인지에 따라 정상 집과 다르게 집을 다양하게 리모델링하고, 리모델링된 집이 어떤 모습으로 유지되는지를 대변해준다고 생각하시면 될 것 같습니다.

저희 연구팀은 앞에서 언급한 내용에서 더 나아가 특정 타입의 위암이 특정 ECM들을 많이 발현하고 있고, 특정 세포들이 이의 원인이 될 것이다라고 이야기하고 있습니다. 저희가 집중적으로 분석한 타입은 가장 악성도가 높고 암세포들이 많이 주변 조직으로 침투한 PCC-NOS 라는 타입인데요. 이 타입들이 다른 타입과 다르게 Proteoglycan들의 함유량이 높았고, 환자의 예후에 좋지 않은 ECM 단백질들을 많이 발현하고 있었습니다. 이러한 단백질들이 어떠한 세포로부터 유래되었는지 확인하기 위해 단일세포 분석 (single-cell RNA sequencing) 데이터를 분석한 결과, 지방대사에 관여하는 섬유아세포 (Adipogenic fibroblast)에서 해당 ECM 단백질들을 많이 발현하고 있는 것을 확인했고, ABCA8 이라는 해당 세포의 마커도 알아내었습니다. 이를 통해 악성도가 높은 타입의 위암을 좀 더 쉽게 판별해내고 치료 전략으로써 사용될 수 있지 않을까 생각하고 있습니다.

 

 

Q3. 이어, 공동 1저자로서 본 연구에서 어떠한 부분에 대해 기여해주셨는지 구체적으로 여쭤봐도 될까요? 

공동 1저자로서 연구의 많은 부분에 걸쳐 연구를 진행했습니다. 공동 저자로 등록된 여러 연구자 및 병원 관계자 분의 도움을 받아 다양한 타입의 위암 환자에 대한 정상 및 위암 조직을 얻었고, 저는 이를 활용해 ECM 단백질을 분석할 수 있도록 전처리 과정을 진행했으며, 단백질 분석 기기를 통해 얻은 데이터에 대해 직접 분석하였으며, 단일세포 분석도 진행해 특정 세포가 특정 단백질을 발현하는데 관련이 있다는 점도 밝혀내었습니다. 더 나아가 교수님과의 논의를 통해 특정 타입의 위암에서 특정 ECM 단백질이 많이 발현된다는 것을 찾아 다른 연구와의 차별점도 강조할 수 있었습니다. 다른 공동 1저자 교수님께서는 저희가 얻어낸 결론이 실제 환자에서도 조직 검사를 통해 나타난다라는 점을 이용해 결과의 타당성을 검증해주셨고, 이를 통해 의료현장에서 쓰일 수 있는 좋은 연구로 이어질 수 있었습니다.

Q4. 이번 연구에서 Gastric cancer의 분석에 있어서 ECM를 집중적으로 분석하신 것 같은데 ECM을 분석하게 된 계기나 동기가 있으셨을까요?

제가 소속된 김필남 교수님 연구실은 Cancer engineering lab으로 암을 이루는 암세포뿐만 아니라 암이 살고있는 환경에 대해서도 많은 관심을 가지고 연구하고 있습니다. 실제로 암세포의 특성은 같아도 살고있는 환경에 따라 그 결과가 달라지기도 하기 때문에 그 환경을 연구하는 것은 정말 중요하다고 할 수 있습니다. 이렇게 실제 암에서도 ECM과 같은 환경 차이로 인해 암이 변할 수 있다는 결과로 인해 ECM을 연구하는 이유도 있지만, 암을 실험실 수준에서 비슷하게 재현하기 위해서도 암세포가 살아가는 환경을 실제와 비슷하게 묘사해야 하기 때문에 실제로 ECM 단백질이 암의 타입에 따라 어떻게 이루어져있는지, 또 특별한 특징들이 있는지 파악하는게 필요하기 때문에 ECM을 분석하게 되었습니다.

 

 

Q5. 본 연구의 결과가 Gastric Cancer를 다루는 연구 및 의료 분야에서 어떤 의미를 가지는지 말씀해주세요.

암을 치료하는데에 있어서 여러가지 치료제들이 나오고 있지만 모든 타입의 암에서 해당 치료제들이 듣지 않고 있는게 현실입니다. 따라서 다양한 암에 따라서 적당한 치료제를 찾아야 하는데, 이를 위해서는 해당 암이 어떠한 특징을 가지고 있는지 파악해야 될 필요가 있습니다. 본 연구의 결과가 악성도가 높은 암이 어떠한 ECM 단백질을 가지고 있고 또 이를 만드는 세포들이 어떤 것인지 밝혀냈기 때문에, 검사를 통해 미리 특정 타입의 위암을 가진 환자를 구분해 낼 수 있을 것이며, 해당 세포를 타겟으로 하는 치료제가 만들어질 수 있는 전략들을 제시하고 있는 측면에서 연구 및 의료 분야에서 의미를 가진다고 할 수 있을 것 같습니다.

 

 

Q6. 본 연구를 진행하시는 과정에서 어떠한 부분이 가장 어렵고 힘드셨나요? 나아가 이를 어떻게 해결하셨나요?

우선 한정된 샘플을 이용해서 결과를 얻어내야 하는 점이 힘들었고, 그 샘플들도 서울에 있는 대형 병원에서 얻어야 하기 때문에 실험 일정이 불규칙하다는 점도 쉽지 않았습니다. 하지만 가장 힘들었던 점은 기존에 세웠던 가설들이 맞지 않았을 때 어떻게 하면 더 의미 있는 결과를 만들어낼지 생각해내는 것이 가장 힘들었던 것 같습니다. 구체적으로 위암은 단순히 크게 2개의 타입으로 나누기도 합니다. 암세포들이 뭉쳐서 관을 이루는 타입과 개별적으로 흩어진 타입으로 이루어지는데, 이 2개의 차이를 살펴보았을 때 유의미한 차이가 없게 나와서 어떤 식으로 연구를 계속 진행해야할지 막막했습니다. 그래서 어떤 것들로 구분 지을 수 있을까에 대한 답을 찾기 위해 환자 데이터 파일들을 보았을 때 우연히 특정 타입이 ECM 단백질 패턴이 비슷한 것을 확인할 수 있었고, 해당 연구를 마무리지을 수 있었습니다. 너무 가설에 맞춰 분석하려고 하는 것보다는 새로운 관점으로 접근해보는 방식이 어려운 점을 조금이나마 해결할 수 있었던 것 같습니다. 

 

Q7. 이 논문을 완성 하는 과정에서 어느 부분이 가장 힘들었고, 그것을 어떤 방식으로 해결하여 결국 완성할 수 있었나요?

우선 한정된 샘플을 이용해서 결과를 얻어내야 하는 점이 힘들었고, 그 샘플들도 서울에 있는 대형 병원에서 얻어야 하기 때문에 실험 일정이 일정치 않다는 점도 쉽지 않았습니다. 하지만 가장 힘들었던 점은 기존에 세웠던 가설들이 맞지 않았을 때 어떻게 하면 더 의미 있는 결과를 만들어낼지 생각해내는 것이 가장 힘들었던 것 같습니다. 구체적으로 위암은 단순히 크게 2개의 타입으로 나누기도 합니다. 암세포들이 뭉쳐서 관을 이루는 타입과 개별적으로 흩어진 타입으로 이루어지는데, 이 2개의 차이를 살펴보았을 때 유의미한 차이가 없게 나와서 어떤 식으로 연구를 계속 진행해야할지 막막했습니다. 그래서 어떤 것들로 구분 지을 수 있을까에 대한 답을 찾기 위해 환자 데이터 파일들을 보았을 때 우연히 특정 타입이 ECM 단백질 패턴이 비슷한 것을 확인할 수 있었고, 해당 연구를 마무리지을 수 있었습니다. 너무 가설에 맞춰 분석하려고 하는 것보다는 새로운 관점으로 접근해보는 방식이 어려운 점을 조금이나마 해결할 수 있었던 것 같습니다. 

 

 

Q8. 향후 이 연구결과를 활용한 추가 연구나 개발 계획이 있으신 지 궁금합니다. 또 이외에도 다른 연구를 진행하고 계시다면 말씀해주세요.

이번 연구를 통해 특정 ECM을 만들어내는 세포를 특정지었기 때문에, 이 세포들이 도대체 암조직 안에서 무슨 역할을 하는지에 대한 답을 찾기 위한 연구를 진행하고 있습니다. 예를 들어, 이 세포가 암세포에 면역세포가 들어가지 못하도록 물리적으로 방어막을 형성한다던가, 화학적으로 어떠한 물질을 방출한다던가, 암세포들을 더욱 침투하기 쉽도록 만들어준다던가에 대해 영향을 미칠 수도 있기 때문에 현재 핫하게 떠오르는 세포가 위치한 공간까지 활용하는 Spatial omics 데이터를 이용해 분석하고 있습니다.

또한 분석한 ECM 데이터를 토대로 실제 암을 실험실 수준에서 만들어 내는 연구를 진행하고 있습니다. 오가노이드라는 미니 장기 유사체를 통해 종양 오가노이드를 만들어내고 실제와 비슷한 형질을 가지도록 키우는 ECM을 바꾸어 환자의 원래 타입을 표현하는지에 대한 연구도 진행하고 있습니다.

 

Q9. 마지막으로 이 글을 보고 있을 후배들에게 해주실 말씀이 있으신다면?

암을 정복하는 과정이 쉽지는 않겠지만, 도전해볼만한 가치가 충분히 있다고 생각합니다. 고통받고 있는 환자들을 위해 여러분들의 비상한 머리가 함께 할 수 있으면 좋을 것 같습니다. 물론 암뿐만 아니라 연구가 필요한 다른 분야에 대해서도 여러분들의 도전이 필요하므로 하고 싶은 연구들에 대해서 함께 발전시킬 수 있으면 좋을 것 같습니다.