방사선 유발 DNA 돌연변이 첫 규명…암치료 방사선 분야 주요 전환점 평가
KAIST·동남권원자력의학원·서울의대 공동연구팀, 'Cell Genomics'에 논문 발표
안전·효과적 방사선치료 기술 발전 초석…초저선량·초고선량 등 후속연구 기대
방사선이 유발하는 DNA 돌연변이가 처음으로 밝혀졌다.
암치료의 중요한 방법 중 하나인 방사선 치료는 암 조직을 효과적으로 파괴하거나 성장을 억제하는 데 중요한 역할을 하지만, 방사선이 실제로 몸속 세포에 유발하는 돌연변이 종류와 양에 대한 이해는 아직 미흡한 상황에서 국내 의과학자들이 이런 공백을 메울 수 있는 연구 결과를 발표했다.
주영석 KAIST 의과학대학원 주영석 교수팀은 손태건 동남권원자력의학원 박사, 김경수·장지현 서울의대 교수팀(서울대병원 방사선종양학과) 등과의 공동 연구를 통해 방사선이 인간 및 생쥐의 정상 세포에서 만들어내는 DNA 돌연변이의 특성을 명확히 규명해 냈다고 15일 밝혔다.
이번 연구는 방사선 연구 분야에서의 주요 전환점으로 평가되고 있다.
주영석 교수 연구팀은 실험실에서 방사선을 조사해 세포에 돌연변이를 유도한 후, 방사선이 만들어낸 돌연변이를 유전체 서열분석 기술을 통해 규명하는 방식으로 방사선이 유발하는 DNA 돌연변이의 양과 패턴을 정밀하게 규명하는 데 성공했다.
방사선이 인체에 미치는 영향을 종합적으로 이해하기 위해 생쥐와 사람의 다양한 장기(위·소장·대장·간·유방·폐·췌장·나팔관 등)에서 얻은 세포를 다양한 선량의 방사선에 노출하고, 각각의 세포마다 유도된 돌연변이를 정밀하게 검출하기 위해 세포 하나하나를 오가노이드 세포 배양 기술을 응용해 증폭했다. 이를 통해 총 200개의 세포 유전체 서열로부터 방사선 피폭 양에 비례해 증가하는 특정 패턴의 돌연변이들을 규명했다(그림 1).
이 연구에서 1Gy(그레이)의 방사선량은 매 세포마다 약 14개 안팎의 돌연변이를 만들어내는 것으로 나타났다(그림 2). 우리나라 연간 평균 자연방사선 양(3.08mSV)을 감안하면 1Gy는 약 320년의 자연방사선 노출에 해당한다.
방사선이 만들어내는 변이 패턴은 다른 원인에 의한 돌연변이와는 달랐다. 주로 짧은 염기 결손(short base deletion)과 소수의 염색체의 역위(inversion), 전위(translocation), 다양한 복잡 구조변이(complex genomic rearrangements) 등으로 구성돼 있다(그림 3). 방사선은 서로 다른 세포 종류에도 모두 비슷한 정도의 돌연변이를 만들어 내는 것으로 밝혀졌다.
주영석 교수는 이번 연구를 통해 "방사선이 분자 수준에서 세포에 미치는 영향을 명확하게 규명했다"면서 "방사선이 우리 세포의 DNA를 얼마나, 어떻게 변화시키는지에 대한 첫 규명"이라고 설명했다.
손태건 박사는 "이번 연구를 기반으로 앞으로도 초저선량 및 초고선량 방사선이 인체에 미치는 영향을 연구할 것"이라면서 "안전하면서도 효과적인 방사선 치료 기술을 발전시킬 것"이라고 덧붙였다.
김경수·장지현 교수는 "이번 연구를 통해 방사선이 인체 DNA에 미치는 영향에 대해 정확히 알 수 있는 도구를 갖게 됐다"면서 "이번 연구에 쓰인 연구 방법론으로 많은 후속 연구가 나올 수 있기를 기대한다"고 밝혔다.
KAIST 의과학대학원 육정환 박사(현 서울대병원 내과 조교수), 임준오 박사(현 지놈인사이트), 김태우 박사(현 Weill Cornell의대 박사후연구과정), 권현우 서울의대 박사(고려의대 핵의학과 교수), 김은지 서울의대 박사(현 서울의대 방사선종양학과 조교수) 등이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 <셀 지노믹스>(Cell Genomics) 온라인판에 14일 발표됐다. 논문 제목은 'Quantitative and qualitative mutational impact of ionizing radiation on normal cells'.
