암세포 약점지도 대규모 업그레이드…“3D 모델로 숨은 표적 찾았다”

기존 2차원(2D) 세포 배양 모델의 한계를 넘어 3차원(3D) 환자 유래 암 모델을 통해 새로운 항암 표적을 발굴한 대규모 연구 결과가 나왔다.

7일(현지시간) 국제 학술지 '네이처(Nature)'에 따르면, 미국 브로드 연구소 연구팀은 환자 유래 오가노이드 등 차세대 3D 암 모델을 활용해 '암 의존성 지도(DepMap)'를 확장하고 새로운 치료 취약점을 규명한 연구 결과를 발표했다.

암 의존성 지도는 암세포의 생존과 증식에 필수적인 유전자를 발굴하기 위한 프로젝트다. 연구팀은 기존 2D 암세포주 중심의 지도에서 나아가, 10종의 암에 걸쳐 147개의 환자 유래 오가노이드 및 스페로이드 3D 모델에 대한 유전체 분석 및 크리스퍼(CRISPR) 유전자 가위 스크리닝을 수행했다.

가장 주목할 만한 발견은 악성 뇌종양인 교모세포종에서 나왔다. 연구팀은 3D 신경구 모델에서 'CDKN2A' 유전자가 결손된 암세포가 'CDK6' 유전자에 매우 강하게 의존한다는 사실을 확인했다. 이는 기존 CDK6 억제제를 해당 환자에게 적용할 수 있는 가능성을 제시한다.

특히 이러한 의존성은 기존 2D 세포주 모델에서는 전혀 관찰되지 않았던 신호다. 연구진은 2D 배양 환경이 종양의 원시 유전체 특성을 유지하지 못해 중요한 치료 표적을 놓칠 수 있음을 시사한다고 설명했다.

췌장암과 위장관 오가노이드에서도 중요한 발견이 이어졌다. 3D 모델에서만 활성화되는 특정 유전자 발현 프로그램이 확인됐는데, 이 프로그램은 'WNT' 신호전달경로 유전자에 의존했다. 5년 생존율이 10%대에 머무는 췌장암에서 2D 모델로는 찾을 수 없었던 새로운 치료 단서를 확보한 것이다.

다만 연구팀은 3D 모델이 2D 모델보다 무조건 우월하다는 결론은 아니라고 선을 그었다. 유방암 등 일부 암종에서는 오히려 2D 세포주가 3D 모델에서 발견되지 않는 종양 표지자를 더 잘 보존하는 것으로 나타났다. 두 모델은 상호 보완적인 관계라는 설명이다.

이번 연구를 통해 확보된 모든 데이터는 DepMap 포털에 통합되어 전 세계 연구자들에게 공개됐다. 연구팀은 "이번 연구는 모든 암에 대한 완전한 의존성 지도를 완성하려는 장기 목표를 향한 견고한 발걸음"이라며 "새롭게 채워진 지도의 빈칸 하나하나가 약물 개발자들이 오랫동안 기다려온 새로운 표적이 될 수 있다"고 밝혔다.