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간암과 TM4SF5의 역할과 제어ㅣ만성적인 간질환의 발병을 막으려고 수행하는 연구ㅣ이정원(서울대학교)[토요과학강연 #11-4부]

TM4SF5는 간암, 대장암, 위암 등 다양한 암종에서 발견되는 단백질로, 전 세계적인 연구를 통해 그 발현량이 암 환자의 예후와 밀접한 관련이 있음이 밝혀졌습니다. 간암 환자의 조직을 분석해 보면 암 부위에서 이 단백질이 매우 높게 나타나는 것을 확인할 수 있는데, 이는 암세포의 활발한 활동을 뒷받침하는 지표가 됩니다. 특히 TM4SF5는 세포막뿐만 아니라 지방이 낀 부위에서도 독특한 위치적 특성을 보이며 암의 진행 과정에 깊이 관여합니다. 이러한 데이터베이스 분석은 특정 유전자의 돌연변이가 암의 악성화를 어떻게 유도하는지 이해하는 데 중요한 기초가 됩니다. 동물을 이용한 실험 결과는 TM4SF5가 암 발생에 미치는 결정적인 역할을 입증합니다. 유전자 변형을 통해 해당 단백질을 과다 발현시킨 마우스는 일반적인 경우보다 훨씬 빠르게 간암이 발생하는 반면, 이 유전자를 제거한 넉아웃 마우스는 암 유발 약물을 투여해도 간이 깨끗하게 유지되었습니다. 또한 연구팀이 개발한 억제제인 TSH001을 투여했을 때 암 발생이 현저히 줄어드는 것을 확인했습니다. 이는 TM4SF5의 기능을 차단하는 것만으로도 암의 발생과 성장을 효과적으로 억제할 수 있다는 가능성을 시사하며, 새로운 항암 전략의 핵심적인 단서가 됩니다. 간암 세포는 생존을 위해 아르지닌이라는 아미노산에 절대적으로 의존하는 독특한 약점을 가지고 있습니다. 대부분의 간암 세포는 스스로 아르지닌을 합성하지 못해 외부에서 이를 반드시 공급받아야 하는데, TM4SF5가 바로 이 수송 과정을 돕는 핵심적인 역할을 수행합니다. TM4SF5는 아르지닌 수송 단백질과 결합하여 효율을 높여줌으로써 암세포가 굶지 않고 증식할 수 있는 환경을 조성합니다. 만약 억제제를 통해 이 결합을 방해하면 암세포는 필수적인 영양소를 확보하지 못해 결국 사멸하게 됩니다. 이러한 대사 경로를 차단하는 전략은 간암의 급소를 찌르는 효과적인 공격법이 됩니다. 암의 무서움은 원발 부위를 벗어나 다른 장기로 이동하는 전이에 있습니다. TM4SF5는 암세포가 혈관이나 림프절의 강한 흐름 속에서도 살아남아 이동할 수 있는 능력을 부여합니다. 실험을 통해 확인한 결과, 이 단백질을 보유한 암세포는 혈류 속의 충격인 전단력을 견디며 수 주일 동안 생존하여 새로운 정착지를 찾는 모습을 보였습니다. 반면 억제제를 사용했을 때는 암세포가 혈관을 타고 다른 부위로 퍼져나가는 신호가 눈에 띄게 감소했습니다. 이는 TM4SF5를 조절함으로써 암의 증식뿐만 아니라 생존 가능성을 낮추고 궁극적으로 전이성 암의 발생까지 막을 수 있음을 의미합니다. 간은 통증을 느끼지 못하는 '침묵의 장기'로 불리기 때문에 평상시의 예방과 관리가 무엇보다 중요합니다. 지방간이나 간염이 암으로 발전하지 않도록 적절한 운동과 식단 관리를 병행하며 간이 회복할 시간을 주는 생활 습관이 필요합니다. 연구의 과정 역시 이와 닮아있는데, 화려한 아이디어보다는 끈기 있는 열정과 성실함이 과학적 성취를 이루는 원동력이 됩니다. 끊임없이 소통하고 배우려는 자세로 연구에 매진할 때 비로소 간 질환 정복이라는 큰 목표에 다가설 수 있습니다. 건강한 삶을 유지하는 노력과 진실한 연구 정신이 합쳐질 때 질병으로부터 자유로운 미래를 기대할 수 있습니다.

서울시립과학관[과학강연] 21년 토요과학강연

생명과학
융합

[명강 리뷰] 아직도 너무도 모르는 '암' _ 암의 기원 by이현숙ㅣ2015 봄 카오스 강연 '기원 ORIGIN' 9강

암은 우리 몸의 세포가 통제력을 잃고 무한히 증식하며 발생하는 질병입니다. 이는 단순히 하나의 세포가 영원히 사는 것이 아니라, 끊임없이 자손 세포를 만들어내며 세력을 확장하는 과정을 의미합니다. 특히 악성 종양은 주변에 새로운 혈관을 만들어 영양분을 흡수하고, 원래의 위치를 벗어나 혈관을 타고 다른 기관으로 침투하는 '전이' 능력을 갖추고 있습니다. 이러한 특징은 양성 종양과는 확연히 구분되는 점으로, 생물학적 관점에서 볼 때 암세포가 보여주는 이동성과 적응력은 매우 정교하고도 놀라운 생명 현상의 이면이라고 할 수 있습니다. 암의 기원에 대한 탐구는 100년 전 테오도르 보베리의 가설에서 큰 전환점을 맞이했습니다. 그는 암이 단 하나의 세포에서 시작되어 염색체 수가 변형되면서 발생하는 질병일 것이라고 예측했습니다. 이후 1975년 에임스 테스트를 통해 화학 물질이 유전자에 돌연변이를 일으키는 정도가 발암성과 직결된다는 사실이 증명되었습니다. 이는 DNA 손상이 암의 근본적인 원인이라는 현대 암 생물학의 핵심 원리를 확립하는 계기가 되었습니다. 결국 암은 유전 정보의 변형이 축적되어 세포의 정상적인 기능을 마비시키는 과정으로 정의될 수 있습니다. 세포는 분열 과정에서 발생하는 수많은 오류를 스스로 교정하는 정교한 시스템을 갖추고 있습니다. DNA 중합효소의 교정 기능과 복구 기작은 유전 정보의 정확성을 유지하는 핵심 장치입니다. 만약 DNA가 심하게 손상되면 세포는 '세포 주기 시계'를 멈추고 복구할 시간을 벌거나, 복구가 불가능할 경우 스스로 죽음을 택하는 '세포 사멸' 과정을 거칩니다. 이러한 일련의 과정을 'DNA 손상 반응(DDR)'이라고 부르며, 이는 암 치료 현장에서 가장 중요하게 다뤄지는 개념입니다. 세포 내에서 일어나는 이 조화로운 대응이 무너질 때 비로소 암세포가 본격적으로 발생하게 됩니다. 암의 발생 기전은 흔히 자동차의 가속 페달과 브레이크에 비유됩니다. 암을 유발하는 '암 유전자'는 세포 분열을 가속화하고, 이를 억제하는 '암 억제 인자'는 브레이크 역할을 수행합니다. 특히 유방암 억제 인자인 BRCA2와 같은 유전자들은 세포의 안정성을 유지하는 데 결정적인 역할을 합니다. 또한 암세포는 분열할 때마다 짧아지는 염색체 말단의 텔로미어를 유지하기 위해 '텔로머레이스'라는 효소를 활성화합니다. 이를 통해 암세포는 정상 세포가 도달하는 분열의 한계를 극복하고 영생에 가까운 증식 능력을 획득하게 되는 것입니다. 최근 암 생물학계는 암 조직 내에서도 줄기세포와 같은 역할을 하는 '암 줄기세포'의 존재에 주목하고 있습니다. 모든 암에 공통적인 것은 아니지만, 특정 암에서는 이 줄기세포를 표적으로 삼는 것이 치료 효율을 높이는 중요한 열쇠가 됩니다. 유전체학의 발전은 개인의 유전 정보를 분석하여 최적의 맞춤형 치료제를 찾는 정밀 의료의 시대를 열고 있습니다. 비록 개인정보 보호와 같은 사회적 과제가 남아있지만, 생명 현상의 본질을 규명하려는 끊임없는 탐구는 결국 우리 사회를 더욱 건강하고 안전하게 만드는 밑거름이 될 것입니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[강연] Phantom, Avatar and Persona (1) _ by정석 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 2강 | 2강 ①

고려대학교 기계공학부의 연구는 미세 세계의 독특한 물리적 환경을 탐구하는 것에서 시작됩니다. 마이크로 스케일에서는 우리가 일상에서 겪는 중력보다 표면장력이 훨씬 더 강력한 힘을 발휘하며, 이는 생명체의 세포가 상호작용하는 방식에 결정적인 영향을 미칩니다. 이러한 미세 환경을 정밀하게 제어하는 기술은 단순한 공학적 설계를 넘어 생명 과학의 새로운 지평을 여는 열쇠가 됩니다. 학생들의 창의적인 아이디어가 실현되는 공간인 '파이빌'처럼, 기존의 틀을 깨는 시도가 혁신의 바탕이 됩니다. 현대 의학의 발전 과정에서 동물 실험은 필수적인 단계로 여겨져 왔으나, 그 한계 또한 명확합니다. 쥐나 영장류는 인간과 생물학적 구조 및 대사 과정이 다르기 때문에, 동물 실험에서 안전했던 약물이 인간에게는 치명적인 부작용을 일으키는 사례가 빈번합니다. 실제로 동물 실험을 통과한 약물의 90% 이상이 임상 시험에서 실패한다는 사실은, 인간의 생체 반응을 더욱 정확하게 예측할 수 있는 새로운 모델이 절실히 필요함을 시사합니다. 이는 생명 윤리와 과학적 정확성 모두를 위한 과제입니다. 기존의 세포 배양 방식은 평평한 접시 바닥에 세포를 뿌려 키우는 2차원 배양 형태에 머물러 있었습니다. 하지만 우리 몸속의 세포는 결코 바닥에 누워 있는 상태로 존재하지 않으며, 주변 세포들과 복잡한 3차원적 스크럼을 짜고 상호작용합니다. 2차원 배양 환경에서 얻은 데이터는 실제 인체의 생리적 현상을 반영하기에 턱없이 부족합니다. 따라서 세포가 본래의 기능을 온전히 수행할 수 있도록 인체 내부와 유사한 3차원적 환경을 공학적으로 구현하는 것이 연구의 핵심적인 목표가 됩니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 등장한 혁신적인 기술이 바로 '장기 칩(Organ-on-a-Chip)'입니다. 이는 미세한 칩 위에 인간의 장기 세포를 배양하여 인체의 생리적 기능을 모사하는 기술로, '휴먼 온 어 칩(Human-on-a-Chip)'이라는 개념으로 확장되고 있습니다. 이미 미국을 비롯한 전 세계 연구진은 폐, 심장, 간 등 다양한 장기를 칩 위에 구현하여 우주 공간에서의 생체 변화를 관찰하거나 질병 모델을 연구하는 데 활용하고 있습니다. 이는 동물 실험을 대체하고 신약 개발의 효율성을 획기적으로 높일 수 있는 게임 체인저가 될 것입니다. 특히 뇌와 신경계 연구에서 3차원 모사 기술은 그 진가를 발휘합니다. 우리 뇌의 해마나 신경 다발은 세포들이 정교한 순서로 배열되어 신호를 주고받는 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 신경세포를 감싸는 절연체 구조나 근육과의 접점을 칩 위에서 3차원으로 재현함으로써, 노화에 따른 감각 둔화나 신경 퇴행성 질환의 메커니즘을 심도 있게 분석할 수 있습니다. 빛을 이용해 신경을 자극하고 근육의 움직임을 실시간으로 관찰하는 실험은 인체의 신비에 한 걸음 더 다가가는 중요한 과정입니다. 암의 성장과 전이 과정에서도 혈관은 결정적인 역할을 수행합니다. 암세포는 스스로 생존하기 위해 주변 혈관을 끌어들여 영양분을 공급받고, 이를 통로 삼아 다른 조직으로 전이됩니다. 장기 칩 기술을 활용하면 암세포가 혈관 벽을 뚫고 나가는 전이의 순간을 포착하거나, 뇌혈관 장벽(BBB)의 견고함을 모사하여 약물 전달 효율을 시험하는 것이 가능해집니다. 이는 동물 실험으로는 관찰하기 어려운 미세한 생체 반응을 실시간으로 추적할 수 있게 해주며, 환자 맞춤형 항암 치료 전략을 세우는 데 기여합니다. 장기 칩 기술은 이제 심장, 신장, 코 점막 등 인체의 거의 모든 부위로 연구 영역을 넓혀가고 있습니다. 사구체를 모사하여 신장 질환 치료제를 개발하거나, 박동하는 심장 모델을 통해 약물의 독성을 평가하는 등 그 활용 가능성은 무궁무진합니다. 비록 전체 인체를 완벽하게 구현하는 것은 여전히 도전적인 과제이지만, 각각의 장기 모델을 정교하게 고도화함으로써 우리는 더 안전하고 효과적인 의료 기술을 향해 나아가고 있습니다. 공학과 바이오의 만남이 인류의 건강한 미래를 설계하고 있는 셈입니다.

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