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저희 연구실은 암의 전이 기작을 기계생물학적 관점에서 보다 자세히 이해함으로써 새로운 암 전이 억제 및 예방 치료법을 찾는 것을 목표로 하고 있습니다. 세포의 기계/물리적 특징들이 세포의 성장, 분화, 사멸, 이동 등을 조절하는 데에 있어서 중요한 역할을 수행한다는 것이 밝혀지면서 기계생물학 분야 연구에 많은 관심이 모아지고 있습니다. 특히 암세포의 기계/물리적 특징 변화는 암의 발생/진행/전이 등에 직접적으로 관여한다는 것이 최근들어 밝혀지면서 암생물학 연구분야에서도 큰 관심을 끌고 있습니다.

연구실 책임자인 김태형 교수는 박사과정과 박사후연수 기간 동안 기초 암생물학 및 암 대사 생물학을 생쥐 모델로 연구하였습니다. 이후 두번째 박사후 연수 기간 동안 유방암 세포를 모델로 하여 암 기계생물학을 연구하였고, 스트레스 호르몬에 의한 암 세포 및 면역 세포의 기계생물학적 특징 변화와 이러한 변화가 암세포 이동/침윤 및 면역 세포 기능 변화에 끼치는 영향을 밝혔습니다.스트레스 호르몬 이외에도 암 세포는 환경으로부터 다양한 생화학적 혹은 기계적 자극에 노출되는데, 이러한 다양한 외부 요소들이 암 세포의 기계적/물리적 특징 변화에 어떠한 영향을 끼치는지 잘 알려져 있지 않습니다. 저희 연구실은 다음과 같은 커다란 테마를 중심으로 암세포의 기계생물학적 특징을 연구하고 있습니다.

2-1. 혈중 포도당에 의한 암세포의 기계생물학적 특징 조절

비만과 당뇨는 전세계적으로 급증하고 있으며 공중보건에 큰 위협이 되고 있습니다. 이와 동시에 암환자 숫자도 증가하고 있으며 암과 비만/당뇨 사이의 유의미한 상관관계를 보여주는 역학조사 결과들이 많이 보고 되었습니다. 그러나 아직 암과 비만 사이의 연결 고리들이 분자 수준에서 명확히 규명되지 않았습니다. 특히, 임상에서는 비만이나 당뇨같은 기저질환이 있는 암 환자를 치료해야되거나, 현재 혹은 과거 암 환자의 비만/당뇨를 치료해야 되는 경우가 늘어나고 있습니다. 이러한 두 가지 이상의 복잡한 질환을 효율적으로 치료하기 위해서는 각 각의 질환은 물론 서로간에 끼치는 영향도 종합적으로 이해할 필요가 있습니다. 암 세포는 포도당을 주요 에너지원으로 사용하고, 이 때문에 암 조직의 포도당 농도는 주변 조직에 비해 낮다고 알려져 있습니다. 암 세포가 전이를 위해 주변 조직으로 이동하여 혈관으로 들어가게 되면, 암 세포들은 증가된 포도당 농도에 노출되게 됩니다. 특히 비만/당뇨 환자의 경우 혈중 포도당 농도가 이미 높은 상태여서 암세포는 더욱 높은 농도의 포도당을 경험하게 됩니다. 저희 연구실에서는 암세포의 기계적 특성 변화가 암과 비만/당뇨 사이의 연결고리들 중 하나일 수 있다는 가설 아래, 암 세포가 경험하는 포도당 농도의 증가가 암 세포의 이동성에 끼치는 영향을 조사하고 있습니다.

2-2. 암세포와 면역세포의 기계적 특성이 면역치료에 끼치는 영향

삼중음성 유방암은 유방암의 여러 하위 분류들 중에서 가장 예후가 좋지 않은데, 그 주요 원인은 항암제 내성과 강력한 전이성에 있습니다. 특히 다른 호르몬 수용체 양성 유방암들과는 다르게 현재까지 표적치료법이 없어서, 유방암에 의한 사망의 대다수를 삼중음성 환자들이 차지하고 있습니다. 최근에 PD-L1을 표적으로 하는 삼중음성 유방암 면역치료가 허가를 받았으나, 면역치료에 반응하는 환자와 그렇지 않은 환자들이 보고 되며 면역치료의 한계를 다시 한번 보여주었습니다. 따라서 현존 면역치료의 효율을 증가시키는 것이 필수적인 상황입니다. 면역치료의 효율을 높이기 위해서는 (1) 면역세포가 암 조직으로 보다 많이 유입되도록 하고, (2) 암 세포의 면역 세포 억제를 무력화 시키거나, (3) 면역세포의 암 세포 사살 기능을 증대시키는 방법 등이 있습니다. 저희 연구실에서는 이 세 가지 경우들을 중심으로 암세포 혹은 면역세포의 기계적 특성들이 어떠한 역할을 수행하는지 알아보고 있습니다. 암 세포와 면역 세포의 기계적 특성들이 면역치료 효율성에 기여하는 기작을 이해하게 된다면, 면역치료에 반응하지 않은 환자들은 이러한 세포 기계적 특성을 조절함으로써 면역치료의 효과를 증대시킬 수 있을거라 기대해 볼 수 있습니다.

2-3. 암세포의 기계적 특징을 조절하는 다양한 신호전달체계 규명

세포의 기계적 특성을 조절하는 단백질들은 여러 종류가 알려져 있습니다. 특히 세포 골격, 운동 단백질, 핵막 단백질, 병소 유착 단백질, 그리고 이들을 조절하는 신호 전달 체계의 여러 단백질들이 세포의 기계적 특성 결정에 중요한 역할을 합니다. 그리고 이러한 신호 전달 체계의 단백질들은 세포내 다른 생리적 현상에 관여하는 다른 신호 전달 체계와 공유되고 있습니다. 예를들어, Autophagy에 관여하는 RhoA 단백질은 ROCK를 통해 myosin의 활성도 조절합니다. 저희 연구실은 이러한 복잡한 세포내 신호전달계 사이의 상관관계를 연구함으로써 세포의 기계적 특성을 조절할 수 있는 다양한 신호 전달 체계를 종합적으로 이해하고, 나아가 이를 활용하여 세포와 세포외 기질 및 미세환경의 기계적 특성을 조절할 수 있는 방법들을 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다.