배경

췌관선암종(PDAC)은 5년 상대 생존율이 10% 안팎에 머무는 대표적인 난치성 악성 종양이다. 대부분 진단 시점에 이미 수술이 불가능한 진행 단계로 발견되는 데다, 젬시타빈이나 폴피리녹스 같은 표준 항암 화학요법에도 빠르게 내성을 획득한다. 암세포를 단단히 감싼 섬유성 결합조직 기질이 약물 침투를 가로막아 치료 반응률은 바닥권을 맴도는 실정.

대규모 암 유전체 분석 사업으로 KRAS, TP53 같은 주요 유전자 변이가 밝혀졌음에도 표적 치료제 개발은 긴 시간 정체기를 겪었다. 단일 변이 분석 위주의 기존 연구로는 종양 세포 내부의 복합적인 유전자 조절 상호작용망을 포착하기 어려웠다는 것이 전문가들의 지적이다. 소규모 환자군 데이터에 기댄 발현 분석 역시 코호트 사이의 높은 이질성을 넘어서지 못해 임상 검증 단계에서 고배를 마시기 일쑤였다. 암세포 생존 회로망의 핵심 취약점을 정밀하게 도려낼 분자 표적과 유효 약물을 함께 발굴하는 다각적 전산 생물학 체계가 절실했던 까닭이다.

핵심 발견

연구진은 여러 독립된 PDAC 임상 코호트의 전사체 빅데이터를 통합해 대규모 공발현 네트워크를 구축하는 전산학적 프레임워크를 개발했다. 환자 예후 서명 데이터를 연계한 뒤 초기하 풍부화 분석을 거쳐 예후 연관 기능 모듈을 정밀하게 가려냈다. 이어서 연결 중심도와 매개 중심도를 포괄하는 다중 지표 중심성 분석을 적용함으로써 네트워크 내부의 중추 조절 인자를 압축하는 수순을 밟는다. 엄격한 필터링 결과 다중 코호트 전반에서 높은 중심성을 유지한 14개 핵심 유전자가 최종 리스트에 올랐다.

기능적 검증 단계에서는 단일세포 리보핵산 시퀀싱(scRNA-seq)과 전장 유전자 가위(CRISPR) 의존성 스크리닝 데이터를 종합적으로 대조하는 방식을 택한다. scRNA-seq 데이터 분석 결과, 후보군 가운데 골격 연관 단백질 2 유사체(CKAP2L), 키네신 패밀리 멤버 18A(KIF18A), 미니염색체 유지 복합체 구성요소 10(MCM10) 등 3종이 기질 세포가 아닌 상피 종양 세포에서 특이적으로 치솟았다. 대규모 환자 코호트의 임상 생존 분석에서도 이들 3개 유전자의 고발현은 환자의 생존 기간 단축과 직결된다는 사실이 분명히 드러난다. CRISPR 기능 상실 선별 데이터는 세 유전자가 PDAC 세포의 생존과 분열을 지탱하는 필수 구동축임을 뒷받침하는 결정적 증거.

치료적 전환을 이끌어내기 위해 세포 신호 통합 라이브러리(LINCS)의 화합물 섭동 프로파일 매칭 전략을 가동했다. 췌장암 특이 전사체 발현 패턴을 정상 수준으로 되돌리는 저분자 화합물을 교차 코호트 합의 점수 체계로 순위 매기는 알고리즘이다. 선별 결과 CKAP2L 억제 후보로는 미토산트론과 OTSSP167, KIF18A 억제 후보로는 PF-3758309, MCM10 억제 후보로는 보리노스타트가 각각 최종 선정됐다. 정량적 역전사 중합효소 연쇄반응(qRT-PCR), 웨스턴 블롯, CCK-8 세포 생존율 분석 등 실험실 검증에서도 이들 후보 약물은 농도 의존적으로 표적 유전자의 전령 RNA와 단백질 발현을 억제하며 암세포 증식을 강력히 저지한다.

의미와 전망

이번 성과는 분절되어 있던 표적 발굴과 약물 스크리닝 과정을 전산 네트워크 플랫폼 안에서 매끄럽게 연결했다는 평가를 받는다. 다중 코호트 교차 검증에 단일세포 전사체와 기능 유전체 데이터를 결합해 발굴 표적의 재현성을 뚜렷하게 보완한 셈이다. 특히 기존에 접근이 까다롭던 세포 분열 및 DNA 복제 조절 인자를 기승인 약물이나 효능이 규명된 저분자 물질로 공략하는 실마리를 찾아냈다.

임상 현장 안착까지 해결해야 할 현실적 장벽도 여전히 존재한다. 시험관 내(in vitro) 세포주 모델을 중심으로 검증이 이뤄진 만큼, 췌장암 특유의 두터운 결합조직을 모사한 환자 유래 오가노이드(PDO) 및 동물 모델에서 약물 침투와 생체 내(in vivo) 약동학 평가가 뒤따라야 한다는 지적. 정상 췌장 조직 손상을 줄이는 투여 농도 최적화와 함께 기존 화학요법과의 병용 요법 검증이 상용화의 관건이라는 분석이다.