권호정 교수팀, 인간악성흑색종 단백질 지도 제작

스웨덴 룬드대학 연구진과 국제협력연구

인간악성흑색종 단백질 지도 제작 통해 악성흑색종 진단 마커 및 치료 가능성 제시

[사진. 권호정 교수(왼쪽), 조지 마르코바가 교수]

생명시스템대학 생명공학과 권호정 교수 연구진은 스웨덴 룬드대학 조지 마르코바가 교수 연구진과 글로벌연구실 국제협력연구를 통해 인간악성흑색종(Malignant melanomas; MM)에 대한 proteomics 및 proteogenomic을 통합한 연구 결과를 두 개의 논문으로 정리해 ‘임상 및 중개 의학(Clinical and Translational Medicine, IF 11.492)’에 발표했다. 

두 논문에서는 500개 이상의 악성흑색종 샘플에서 악성흑색종 관련 단백질을 지도화했다(MM500 연구). 딥 러닝 기반 단일 세포 분할 및 proteogenomic 분석법을 적용해 표현형을 분석함으로써 새로운 디지털 흑색종 병리학을 성공적으로 구축했다. MM500 연구에서 질량 분석을 통해 15,500개 이상의 단백질형을 동정했으며, 이들 단백질형 원발성 및 전이성 흑색종 내 염색체 및 세포 내 위치에 대해서도 분류했다. 완성된 분자 지도는 면역 요법 후 조절되는 단백질을 포함한 혈액 단백질 발현 분석을 통해 더욱 보완됐으며, 해당 결과는 현재까지 확인된 인간 전체 단백체의 72%를 포함한다.

Human Melanoma Proteome Atlas 구축을 주요 내용으로 하는 두 논문 중 ‘The Human Melanoma Proteome Atlas - Defining the Molecular Pathology’ 논문은 종양이 절제된 해부학적 부위, MM500 코호트의 임상조직병리학적 특징, 샘플의 상세한 조직학적 특징을 제시하고, 분석된 흑색종 종양의 단백질 프로파일을 소개했다. 또한 흑색종 배양 세포주 및 많은 양의 종양 세포 또는 기질이 있는 조직에서 단백질의 차별적 발현뿐만 아니라 염색체 및 세포 위치에 대한 세부 정보를 모두 제시했다.

관련 추가 논문인 ‘The Human Melanoma Proteome Atlas - Complementing the Melanoma Transcriptome’은 미국 NIH 암센터(NCI)의 The Cancer Genome Atlas (TCGA)의 유전적 데이터와 proteomic 분석을 통합했으며, transcriptome, 발현된 단백질, 정량화, 이들의 위치, 돌연변이, splice isoforms 및 PTM 변이에 대해 체계적으로 지도화한 정보를 제공했다. 아울러 TCGA 전사체에서 전사체가 누락된 단백질의 검출, 단백질 수준에서 발현되는 흑색종 유발 돌연변이, 흑색종 환자의 혈장 내 단백질 분석 및 검출에 대해 제시했다.

MM500 코호트는 232명의 환자로부터 얻은 294개 종양의 505개 샘플로 구성됐으며, 확인된 15,500개의 proteoform 중 많은 수의 세포질 단백질과 2,000개의 수용체 및 리간드와 같은 막 단백질이 포함됐다. 연구진은 세포 분열, splicing 기전 및 대사에 관련된 단백질들이 매우 높게 발현돼 있음을 발견했으며, 상기 결과를 통해 흑색종에서 미토콘드리아 기능이 중요함을 시사했다. 

본 연구에서 제시된 흑색종 프로테옴의 개요, 전사체 및 돌연변이 데이터의 통합, 심층적인 종양의 조직병리학적 특성과의 조합은 인간 악성흑색종양 진단 및 치료의 새로운 근간을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 

[그림. 분자 수준의 병리학적 분류: 디지털화된 흑색종 조직 샘플(우), deep neural network 방법을 이용한 조직 내 단일 세포 분할(좌). 본 연구결과를 소개한 미국 NIH 암센터(NCI)의 소개 기사(2021.12.10.)]

이번 연구는 9개 국가(한국, 스웨덴, 헝가리, 네덜란드, 오스트리아, 미국, 일본, 중국, 브라질) 연구자가 참여한 국제협력 컨소시엄 연구로 진행됐으며, 권호정 교수는 과학기술정보통신부-한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(글로벌연구실사업)의 지원으로 본 과제를 수행했다. 또한 조지 마르코바가 교수는 생명시스템대학 BK21 연세바이오시스템 교육연구단 겸임교수로서 권호정 교수 연구팀의 글로벌연구실사업에 참여해 2015년부터 국제협력연구를 활발히 수행해 왔다. 본 결과가 발표된 ‘Clinical and Translational Medicine(IF 11.492)’은 Wiley지가 발행하는 국제학술지 분야 Q1의 우수학술지이다.

논문정보

● 논문제목

1. The Human Melanoma Proteome Atlas - Defining the Molecular Pathology

2. The Human Melanoma Proteome Atlas - Complementing the Melanoma Transcriptome

● 논문주소

1. https://doi.org/10.1002/ctm2.473

2. https://doi.org/10.1002/ctm2.451