서론
암은 유전자 변이만으로 설명되지 않는 복잡한 질병입니다. 최근 연구들은 DNA 서열의 변화 없이 유전자 발현을 조절하는 '후성유전학적 변화'가 암 발생과 진행에 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀내고 있습니다. 이러한 발견은 암의 발생 메커니즘에 대한 우리의 이해를 크게 확장시키고 있으며, 새로운 진단 및 치료 전략의 개발로 이어지고 있습니다.
후성유전학이란?
후성유전학은 DNA 서열의 변화 없이 유전자 발현을 조절하는 메커니즘을 연구하는 학문입니다.
주요 후성유전학적 메커니즘
- DNA 메틸화: DNA의 시토신 염기에 메틸기가 붙는 현상
- 히스톤 변형: 히스톤 단백질의 화학적 수정 (아세틸화, 메틸화 등)
- 비암호화 RNA: 단백질로 번역되지 않는 RNA 분자의 조절 작용
후성유전학적 변화와 암 발생
1. DNA 메틸화 이상
- 종양 억제 유전자 침묵화:
- 예: p16, BRCA1 유전자의 프로모터 과메틸화로 인한 기능 상실
- 게놈 전반적 저메틸화:
- 결과: 염색체 불안정성 증가, 암 유전자 활성화
2. 히스톤 변형 이상
- 히스톤 아세틸화 감소:
- 영향: 크로마틴 구조 변화로 유전자 발현 억제
- 히스톤 메틸화 패턴 변화:
- 사례: EZH2 (히스톤 메틸전달효소) 과발현이 여러 암종에서 관찰됨
3. 비암호화 RNA 조절 이상
- 마이크로RNA (miRNA) 발현 변화:
- 기능: 암 억제 miRNA 감소 또는 종양 촉진 miRNA 증가
- 장쇄 비암호화RNA (lncRNA) 이상:
- 역할: 크로마틴 구조 변경, 유전자 발현 조절 교란
암 발생 메커니즘에서의 후성유전학적 역할
1. 암 초기화 (Cancer Initiation)
- 세포 정체성 변화: 후성유전학적 패턴 변화로 인한 세포 분화 상태 교란
- 유전체 불안정성 유도: DNA 메틸화 패턴 변화로 인한 염색체 구조 변화
2. 암 진행 (Cancer Progression)
- 상피-간엽 전이(EMT) 유도: EMT 관련 유전자의 후성유전학적 활성화
- 혈관신생 촉진: 혈관 형성 관련 유전자의 발현 조절 변화
3. 전이 (Metastasis)
- 세포 부착 능력 변화: 부착 관련 유전자의 후성유전학적 조절
- 조직 침습 능력 획득: 기질 분해 효소 유전자의 발현 증가
4. 약물 내성 획득
- 약물 표적 유전자 발현 변화: 후성유전학적 메커니즘을 통한 약물 반응성 조절
- 다제 내성 유전자 활성화: MDR1 같은 약물 배출 펌프 유전자의 탈억제
최신 연구 동향
1. 단일세포 후성유전체학
- 기술: 단일 세포 수준에서의 DNA 메틸화, 크로마틴 접근성 분석
- 의의: 종양 내 후성유전학적 이질성 이해 증진
2. 3D 에피게놈 구조 연구
- 방법: Hi-C, ChIA-PET 등을 이용한 크로마틴 3D 구조 분석
- 발견: 암에서의 크로마틴 고차 구