체계적인 교육과 실무위주의 미래지향적 교육!

의생명공학과

바이오산업동향

폐암에서 종양억제인자 p53 분해기작 규명
등록일
2020-12-21
작성자
의생명공학과
조회수
21

엑스레이나 CT, MRI 등 이미징 의존도가 높아 조기진단률이 20%에 불과한 폐암의 조기진단을 도울 새로운 바이오마커가 제시됐다.

폐암은 한국인 암 사망률 1위로 꼽히지만 조기발견시 생존률이 80%로 높다. 하지만 초기에 특별한 자각증상이 없는데다 조기진단을 위한 바이오마커가 드문 실정이다. 
     ※ 바이오마커 : 몸 속 세포, 혈관, 단백질, DNA, RNA 등을 이용해 몸 안의 변화를 알아내는 생화학적 지표. 현재 폐암진단을 위해 제시된 물질들이 존재하지만 여러 질환에서 교차반응성이 존재하고, 보완할 수 있는 방법의 부재로 미국에서도 FDA 승인을 받아 실제로 임상에 적용되고 있는 수는 매우 적은 상황임

한국연구재단은 이창환 교수(울산의대, 서울아산병원) 연구팀이 폐암 진단 및 5년 생존률을 예측할 수 있는 새로운 단백질을 발굴했다고 밝혔다.

기존에도 혈액 내 존재하는 특정 단백질, 즉 바이오마커의 농도차이를 통해 폐암을 진단하려는 시도는 있었으나, 폐암 특이성과 민감성이 충분하지 못해 조기진단의 어려움이 있었다.

연구팀은 104명의 폐암환자의 폐암조직과 정상조직에서 유의미한 농도차이가 나타나는 단백질을 찾아내고자 하였다. 단백질 프로파일링 결과 트림28(TRIM28) 이라는 단백질이 폐암조직에서 확연히 농도가 높은 것을 알아냈다.

실제 트림28이 많이 만들어지도록 조작한 세포모델과 생쥐모델에서 폐암의 증식이나 이동이 심해지는 것을 확인하였다.

생체단백질은 생성과 분해를 반복하며 순환하는데, 작은 표지(유비퀴틴)을 달아 분해시스템으로 직행할 단백질을 구분한다.

트림28은 이 과정에서 표지를 달아주는 역할을 하는 단백질로, 연구팀은 트림28로 시작해, RLIM-MDM2-p53으로 이어지는 순차적 표지달기 과정을 밝혀냈다.

나아가 폐암환자 101명의 조직샘플을 이용해 트림28과 RLIM 단백질과 5년 생존률의 상관관계를 분석한 결과, TRIM28 발현양이 높고, RLIM의 발현양이 낮은 환자들의 5년 생존률이 확연히 낮은 것을 알아냈다. 

연구팀은 폐암의 조기진단을 위한 생화학적 지표이자 5년 생존률 예측을 위한 인자로 트림28과 RLIM을 이용하기 위해 향후 임상적 적용을 할 예정이며, 아울러 TRIM28과 RLIM을 조절할 수 있는 후보물질 발굴연구를 지속할 계획이다.

과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연구사업, 기초연구실사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 세포생물학 분야 국제학술지 ‘세포 사멸 및 분화(Cell Death and Differentiation)’에 12월 17일 게재되었다.


주요내용 설명

 <작성 : 울산대학교 이창환 부교수>

논문명
Sequential ubiquitination of p53 by TRIM28, RLIM, and MDM2 in lung tumorigenesis
저널명
Cell Death & Differentiation
키워드
lung cancer (폐암), ubiquitin (유비퀴틴), ubiquitin ligase (유비퀴틴리가아제), biomarker (생체지표), 5개 내외, 영문(국문)
DOI
10.1038/s41418-020-00701-y
저  자
이창환 교수 (교신저자/울산대학교), 진준오 교수 (제1저자/영남대학교), 이근동 교수 (제1저자/울산대학교)

1. 연구의 필요성
 ○ 폐암은 가장 흔한 악성 종양 중의 하나로, 국제적으로 연간 170만 명 이상의 사망원인으로 지목되나 특별한 자각증상이 없고 대부분 암이 많이 진행된 상태 또는 다른 부위까지 전이된 상태에서 발견되기 때문에 지난 수 십 년간의 조기진단 및 치료 기술 개발 노력에도 불구하고 완치율이 30% 이하로 예후가 매우 좋지 않음.
 ○ 현재 폐암 진단을 위해 바이오마커라는 이름으로 제시된 물질들이 존재하지만, 충분한 특이성(specificity)과 민감성(sensitivity)을 나타내지 못하고 있음. 여러 질환에서 교차반응성이 존재하고, 이를 보완할 수 있는 방법의 부재로 미국에서도 FDA 승인을 받아 실제로 임상에 적용되고 있는 바이오마커의 수는 매우 적은 상황임. 급속도로 증가하고 있는 폐암의 유병률과 관련하여 선진국을 중심으로 폐암 바이오마커 및 진단키트를 위한 원천기술이 필요함.

2. 연구내용
 ○ 연구팀은 104명의 폐암환자의 폐암 조직과 정상조직에서 발현되는 단백질을 비교한 결과, 트림28(TRIM28) 단백질이 폐암조직의 79.8%에서 발현양이 증가되었다. TRIM28의 발현양을 인위적으로 증가시킨 세포모델 및 동물모델에서 폐암의 증식, 이동, 전이를 확인하였으며, 반대로 TRIM28의 단백질 발현양을 감소시켜 폐암이 92.4% 감소함을 확인하였음.
 ○ 초고속 질량 분석기를 이용하여 TRIM28의 결합 단백질을 확인한 결과, RLIM과 결합을 통해 RLIM 단백질을 분해함을 확인하였음.
 ○ RLIM은 대표적인 종양억제 단백질인 p53을 분해하는 MDM2를 분해 함을 확인하였음.
 ○ 따라서 TRIM28이 RLIM을 조절하고, RLIM이 MDM2를 조절하여 마지막 으로 p53을 조절하는 연쇄적인 분해반응이 일어남을 세포와 동물에서 검증하였음.
 ○ 101명의 폐암 환자의 폐암과 정상조직 샘플에서 TRIM28과 RLIM 단백질과 5년 생존률의 상관관계를 분석한 결과, TRIM28 발현양이 높고, RLIM의 단백질이 낮은 환자들이 TRIM28 발현양이 높고, RLIM의 단백질이 낮거나 변화가 없는 환자들에 비해 5년 생존률이 급격하게 낮아진다는 것을 확인하였음.

3. 기대효과
 ○ 폐암 환자의 조직 분석을 통하여 폐암 형성에 중요한 새로운 단백질인 TRIM28, RLIM을 발굴함으로써 폐암 특이적 바이오마커를 제시함. 나아가 이들 단백질 발현양 변화를 통해 폐암의 증식 및 전이를 감소시킬 수 있음을 세포모델과 동물모델에서 확인, 폐암의 신약개발의 새로운 표적을 제시함
 ○ 폐암의 발병 및 진행 기전에 대한 이해를 돕는 한편 나아가 폐암 이외 다양한 암의 병인에 대한 통찰을 줄 것으로 기대함. 유비퀴틴 결합효소가 기질을 연쇄적으로 분해함으로서 암을 조절할 수 있음을 처음으로 보고하였음.
 
TRIM28 및 RLIM 단백질 조절을 통하여 폐암을 조절할 수 있음을 동물 모델에서 검증함
(그림 1) TRIM28 및 RLIM 단백질 조절을 통하여 폐암을 조절할 수 있음을 동물 모델에서 검증함
폐암세포, TRIM28 shRNA 또는 TRIM28/RLIM shRNA 포함하는 폐암세포의 종양 성장을 나타내는 그래프 (좌) 또는 폐암의 발광으로 표시 (우). shTRIM28을 처리한 폐암세포에서 종양성장이 억제되며, TRIM28/RLIM shRNA을 처리한 폐암세포에서는 종양이 성장됨을 확인하였다.
* shRNA(short hairpin RNA) : 특정 단백질이 덜 발현되도록(knock down) 만들어주는 간섭 RNA의 일종 
그림설명 및 그림 제공 : 울산대 이창환 부교수


폐암환자에서 TRIM28, RLIM의 발현양상 및 5년 생존율


(그림 2) 폐암환자에서 TRIM28, RLIM의 발현양상 및 5년 생존율
(좌) 101명 폐암 환자에서 폐암 조직 (T:Tumor)과 정상 조직 (N:Normal)에서 TRIM28 및 RLIM의 단백질 발현양상을 항체를 이용하여 확인함. 진하게 나타날수록 단백질 발현양이 많음을 의미함. 대조군이 되는 ACTIN 발현양이 비슷함에도 불구하고 TRIM28과 RLIM은 폐암조직과 정상조직에서 발현양이 크게 차이가 난다(Western Blotting 이미지)
(우) 101명 폐암 환자의 TRIM28, RLIM의 발현양상 상관관계를 생존율로 표시하였다. 즉, TRIM28의 발현양은 높고 RLIM의 발현양이 낮을 경우(붉은색 그래프)에 폐암환자의 5년 생존율은 TRIM28의 발현양이 높고 RLIM의 발현양이 비슷한(검은색 그래프) 폐암 환자보다 낮아짐
그림설명 및 그림 제공 : 울산대 이창환 부교수

정상폐와 폐암에서의 TRIM28-RLIM-MDM2-p53의 연속적인 조절 메커니즘

(그림 3) 정상폐와 폐암에서의 TRIM28-RLIM-MDM2-p53의 연속적인 조절 메커니즘
폐암환자에서 TRIM28의 발현양이 증가되어 있어, 이로 인해 RLIM 단백질 분해를 유도하여 RLIM의 발현양을 줄어들게 함. 이로 인해 RLIM에 의해 분해가 되는 MDM2의 단백질은 증가하게 되며, 증가된 MDM2로 인해 대표적인 종양억제 단백질인 p53이 분해되어 폐암이 발생하게 됨.
그림설명 및 그림 제공 : 울산대 이창환 부교수


연구 이야기

<작성 : 울산대학교 이창환 부교수>

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

폐암은 국내 암 사망자 수 1위이며, 특별한 자각 증상이 없기에 조기진단율은 20.7%로 저조한 상황입니다. 이러한 폐암이지만 조기 진단이 되면 생존률을 80% 이상 획기적으로 증대시킬 수 있으나, 현재 폐암 진단을 위해서는 이미징 방법 즉, X-ray, CT, MRI의 의존도가 높아 조기진단의 어려움이 있습니다. 따라서 본 연구팀은 폐암 조기진단을 위한 바이오마커를 발굴하기 위해 폐암환자의 폐암조직 및 정상조직의 단백질 발현양상을 비교 분석하였습니다.

□ 연구 전개 과정에 대한 소개

폐암환자에서의 폐암 조직과 정상조직의 단백질을 발현양을 비교 분석하여 후보 단백질인 TRIM28을 확보한 후, 세포와 동물을 이용하여 TRIM28 단백질이 폐암의 증식, 전이, 침투에 관련이 있음을 확인하였습니다. 이 후 작용기전을 밝히기 위하여, 면역침강법 및 초고속 질량 분석기를 통하여 TRIM28과 복합체를 이루는 단백질인 RLIM 확보하였다. TRIM이 RLIM의 단백질을 조절할 수 있으며, RLIM은 MDM2 단백질 조절을 통하여, 대표적인 종양억제 단백질인 p53 분해시킬 수 있음을 밝혔습니다.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

104명의 폐암환자를 분석한 결과, 79.8%의 폐암환자의 폐암조직에서 TRIM28 단백질의 발현양이 증가되어 있으며, TRIM28이 RLIM이란 단백질 조절을 통하여 폐암이 발생됨을 밝혀냈습니다. 또한, 101명의 폐암환자의 TRIM28과 RLIM 단백질의 상관관계를 분석한 결과 TRIM28 발현양이 높고, RLIM의 단백질이 낮은 환자들은 5년 생존률이 급격하게 낮아진다는 것을 밝혔습니다. 이 연구결과를 토대로 TRIM28 및 RLIM이 각각 폐암 진단의 바이오마커로 사용되어질 수 있음을 확인하였으며, TRIM28, RLIM의 단백질 연관성을 통하여 신약개발의 새로운 표적이 될 수 있음을 제시하였습니다.

□ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나? 실용화를 위한 과제는?

폐암 조기진단 바이오마커로서 임상적 적용에 큰 기여를 할 것으로 기대됩니다.
 


원문 보기 (클릭)