스탠포드 의과대학(Stanford University School of Medicine) 연구진에 따르면 자외선에 의한 유전자 돌연변이는 수 백만 명의 인체 피부암을 일으키는 원동력이라 할 수 있다고 한다. 이 돌연변이는 `KNSTRN`이라는 세포가 분열하는 동안 세포가 DNA를 동등하게 나누도록 돕는 기능과 연관된 유전자에서 발생한다.
암을 일으키는 유전자가 돌연변이가 될 때 `암 유전자(oncogene)`라고 알려져 있다. 이전에 KNSTRN가 인체 암의 원인으로 제시된 적은 없었지만, 이번 연구는 이 유전자가 세계적으로 가장 흔하게 돌연변이 되는 암 유전자 중의 하나일 수 있다고 제시한다. 스탠포드 의대 피부과 교수인 Paul Khavari는 "이것은 이전에 알려지지 않았던 암 유전자가 햇빛에 의해 활성화되며 피부 편평상피세포암(cutaneous squamous cell carcinomas)이 발생하는 것을 촉진한다. 우리 연구는 피부암이 다른 암과는 다르게 발생하며 이 단독 돌연변이가 유전자 게놈의 재앙을 일으킬 수 있다는 것을 보여주고 있다"고 말했다.
피부편평세포암은 인체에서 두 번째로 가장 흔한 암이다. 세계적으로 매년 만 건 이상이 진단되고 있다. 연구진은 KNSTRN 유전자의 특정 부분이 피부 편평 세포 암의 약20%에서 변이되어 있으며 흑색종(melanomas)의 약 5%에서 이 유전자의 돌연변이가 나타나고 있다.
연구진이 제시한 논문은 9월 7일 `Nature Genetics` 온라인에 게재되었다. Khavari는 재향군인 알토 의료 시스템 피부과장이며 이번 논문의 교신 저자이다. 박사 후 연구원인 Lee 박사는 이번 논문의 제1 저자이다. Lee와 Khavari는 피부 편평 상피 세포 암의 유전적 원인을 조사하는 동안 이번 돌연변이를 발견하게 되었다. 그들은 정상 피부와 종양 세포의 유전자 DNA 서열을 비교하여 종양에서만 발생한 돌연변이를 조사하였다. 그들은 몇 가지 잘 알려진 유전자를 포함하여 후속 연구를 위한 336개의 후보 유전자를 발견하였다. 가장 흔하게 알려져 있는 돌연변이 중 두 개의 유전자는 CDKN2A와 TP53으로 이미 편평상피세포암과 연관되어 있다는 것이 알려졌다.
세 번째로 흔하게 변이된 유전자가 `KNSTRN`이라는 것은 놀라운 일이었다. 이 유전자는 새롭게 복제된 염색체 쌍을 각각의 세포 끝으로 분리하도록 하는 일종의 핸들처럼 작용하는 세포 내 구조인 동원체(kinetochore)를 형성하도록 돕는 단백질을 암호화한다. DNA를 중심부를 따라 세포 양 쪽 끝으로 위치시키는 것은 염색체를 분리하여 두 개의 딸 세포를 형성하도록 한다.
염색체가 제대로 분리되지 않는다면 딸 세포는 비 정상적인 DNA 양을 함유하게 될 것이다. 이들 세포가 추가 또는 누락된 염색체를 가질 경우 `aneuploid`로 알려져 있으며 종종 세포 기능에 심각한 문제가 생긴다. 이들 세포는 세포 신호를 잘못 해석하여 비정상적으로 행동하는 경향이 있다. 따라서 `aneuploid`는 여러 유형의 암 진행에 중요한 초기 단계라 할 수 있다.
KNSTRN 유전자의 돌연변이는 특정 짧은 서열의 DNA에서 시토신이 티민이라는 단일 염기로 교체되어 일어났다. 이러한 교체는 햇빛처럼 높은 에너지를 가진 자외선에서 손상으로부터 세포를 복구하기 위한 일종의 시도라 할 수 있다. "자외선에 의한 이 유전자의 돌연변이는 우리가 조사한 다른 암에서는 발견되지 않았다. 즉 이 돌연변이는 피부암에서만 발생한다"고 Khavari가 말했다.
자외선에 의해 일어나는 KNSTRN 돌연변이는 각화증-편평 상피암으로 이행하기 전 단계인 전 암성 피부 상태-의 약 20%에서 발생한다는 것을 발견하였으나 122개의 정상 피부에서는 결코 발견되지 않았다. 이는 편평 상피암의 발생에서 이 돌연변이가 초기 단계에 일어날 것이라는 것을 시사한다. 또한 돌연변이 KNSTRN을 실험실에서 자란 인체 피부 세포에 과발현시켰을 때 세포 분열 과정동안 DNA를 분리하는 능력을 방해하고 편평상피암의 마우스 모델에서 암 세포의 성장을 촉진시켰다. 마지막으로 Lee는 5명의 환자에서 유래한 KNSTRN 돌연변이를 가진 편평 상피 세포 암을 그렇지 않은 시료와 비교하였다. 두 그룹 모두 세포가 aneuploid였으나 돌연변이를 가진 경우 가장 심각하게 비정상 게놈을 가지고 있었다.
새로운 암 유전자의 규명으로 연구진은 이들 유형의 피부암이 어떻게 발생하는지를 더 잘 이해할 수 있을 것이다. 또한 이들 질환에 대한 새로운 치료를 어떻게 개발할 것인지에 대한 단서를 제공할 것이다. 이번 경우에도 태양 노출과 피부암 사이에 점들을 깔끔하게 연결하였다. "본질적으로 이 유전자의 자외선을 매개로한 돌연변이는 aneuploidy와 이후 종양을 촉진시킨다. 따라서 햇빛으로부터 피부를 보호하는 것이 중요하다"고 Khavari가 말했다. <원문 바로가기>
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