암 예후에 대한 정보를 제공하고 최적의 치료법을 선택하는데 도움을 줄 수 있는 암 지수가 개발됐다.

브라질 상파울로대 의대(FMRP) 유전학부 오믹스 연구실 연구원과 미국의 하버드대 및 폴란드 포즈난대 연구팀은 인공지능 알고리듬과 서로 다른 33개 암 유형에서 얻은 1만2000개 표본의 유전자 데이터를 결합해 암이 어떻게 진행되는가에 대한 연구를 수행했다. ‘기계 학습으로 종양 발생 탈분화와 관련된 줄기세포능 특성 확인’이란 제목으로 생명과학저널 ‘셀’(Cell) 5일자에 발표된 이번 논문은 새로운 신약 개발 타겟을 발굴하는데도 도움을 줄 것으로 기대된다.

이 논문의 시니어 저자인 하우탄 노우쉬미(Houtan Noushmehr) 박사에 따르면 연구에 사용된 방법론은 새로운 생의학 연구 경향의 일부로서, 현재 이용 가능한 대량의 분자 데이터에서 얻어낸 것이다. 노우쉬미 박사는 “현재 과제는 서로 다른 범주의 데이터를 관리하고, 해석하고 분석하는 것”이라며, “연구자에게 생물학과 컴퓨터 과학 및 통계학에 대한 통합 지식이 필요하다”고 말했다.

그는 교육자이자 연구자로서 젊은 과학자들이 이런 대량의 데이터를 일관되게 관리할 수 있도록 훈련시켜야 한다는 생각을 갖고 있다.

최적 치료법에 대한 정보 제공

이번 연구 결과는 연구팀이 이전에 ‘셀(Cell)’ 지 등에 발표한, 뇌종양의 중요한 유전자적 특성 등을 포함한 연구들을 바탕으로 했다. 논문 제1저자인 타치아니 마우타(Tathiane Malta)는 “우리가 개발한 인덱스가 실제 임상에 활용될 수 있도록 하는 것이 목표”라며, “이 인덱스는 임상의가 각 환자와 종양에 가장 적합한 치료법을 선택할 수 있는 추가정보를 제공한다”고 밝혔다.

현재까지 밝혀진 바에 따르면 종양이 성장할 때 건강한 세포들이 겪는 변형은 주로 두 가지 특성을 포함한다. 특정한 기능들을 잃고 대신 무질서하게 증식하는 능력을 획득하는 것이다. 이 과정은 또 종양세포들이 점차적으로 미분화됨으로써 세포들이 전문 영역으로 분화되는 능력을 상실하는 것으로 여겨진다.

일반적으로 암 줄기세포의 하위 집단은 종양 성장을 촉진시킨다. 연구팀이 개발한 이 줄기세포능 지수(stemness indices)는 종양세포가 줄기세포와 얼마나 유사한가에 대한 측정치를 제공한다.

인공지능과 암 유전자 지도

연구팀은 종양세포와 줄기세포는 유사성이 있다는 아이디어를 바탕으로 기계 학습 알고리듬을 사용해 건강한 줄기세포와 이 세포들로부터 유래한 분화된 세포들의 분자적 특성을 검출하고 체계화했다. 이 소프트웨어는 여러 분화단계에 있는 수천 개 세포들을 분석해 줄기세포의 전형적인 분자적 표시를 식별해 냈다.

연구팀은 이 정보를 가지고 유전자 발현과 DNA 메틸화를 바탕으로 두 개의 독립적인 ‘유사줄기세포능’(stemness-like) 지수를 창출했다. 이 지수들은 0부터 1까지로, 0은 줄기세포와의 유사성이 낮고, 1은 높은 유사성을 뜻한다.

연구팀이 자료를 수집한 ‘암 유전체 지도’(The Cancer Genome Atlas, TCGA) 프로그램의 데이터베이스에는 33종의 다른 암에 걸린 1만2000명의 원발성 종양 표본이 포함돼 있다. 미국 국립 암연구소와 인간 유전체 연구소가 협동으로 만든 이 지도는 지난 10년 동안 이 프로그램에 참여한 과학자들이 종양의 유전적 및 후성유전학적 변화에 대한 자료를 생성해 저장한 자료다. 연구팀은 개발한 지수를 사용해 이 TCGA 표본에 있는 종양의 줄기세포능 정도를 검출해 냈다.

줄기세포 특성 보유 막아 암 예방  

이번 연구의 요점은 줄기세포능 지수가 종양 세포의 ‘탈분화’(de-differentiation) 경로에 대한 측정값에 여러 유형의 암에서 종양의 공격성과 관련이 있는 높은 지수를 제공해 준다는 점이다. 이에 따라 연구진은 전이성 종양이 줄기세포와 높은 유사성을 갖는 것을 발견했다.

또한 줄기세포능 지수는 세포가 탈분화로 진행되는 것을 막을 수 있는 항암제의 새로운 표적을 밝혀내는데 도움을 줄 것으로 보고 있다. 노우쉬미 박사는 “종양세포가 줄기세포의 특성을 갖기 시작하는 지점을 식별해 낼 수 있다면 그 진행 경로를 막아 암으로 악화되는 것을 피할 수 있다”고 강조했다.