인실리코젠 프로젝트: Mutational Signature, 유전자에 새겨진 흔적

 

새로 구매한 물건이나 자동차도 사용하다 보면 스크래치와 같은 흔적이 남듯, 우리 몸의 DNA 역시 매일 손상을 입습니다. 이러한 손상의 원인으로는 자외선, 흡연, 화학물질과 같은 외부 요인뿐 아니라 DNA 복제 과정에서 불가피하게 발생하는 오류 등이 있습니다.

 

이때 남겨지는 흔적을 mutational signature (돌연변이 시그니처)라고 하며, 이는 특정 돌연변이 과정이 세포 DNA에 남긴 독특한 ‘지문’ 또는 ‘서명’에 비유할 수 있습니다. 마치 범죄 현장에 지문이나 발자국, 신발 자국이 남듯, DNA에도 손상의 원인에 따라 일정한 변이 패턴이 기록됩니다. 예를 들어, 자외선에 과도하게 노출될 경우 C에서 T로의 연속적인 변이가 나타나고, 흡연의 경우 G에서 T로의 변이가 두드러집니다.

 

Mutational Signature (돌연변이 시그니처)

(출처: ChatGPT 생성)

 

이러한 서명 패턴은 단순한 흔적에 그치지 않고, 암 유전체 분석에서 중요한 단서를 제공합니다. 특정 돌연변이 과정이나 발암 물질에의 노출을 시사하는 mutational signature를 분석함으로써 암의 발병 원인과 진행 과정을 이해하는 데 활용할 수 있습니다. 

이처럼 mutational signature 연구는 암의 발생 메커니즘을 밝히는 데 핵심적인 역할을 하며, 더 나아가 암 예방과 조기 진단, 맞춤형 치료 전략 수립에도 기여할 수 있습니다. 실제로 암은 우리 삶을 위협하는 대표적인 질병 중 하나로, 대한민국 국민이 기대수명까지 살 경우 암에 걸릴 확률은 약 38.1%에 달합니다. 이는 남성의 경우 5명 중 2명, 여성의 경우 3명 중 1명꼴로 발생할 수 있는 수치입니다. (출처: 국가암정보센터)

 

2022년 국가암등록통계

(출처: 매일경제)

 

정상 세포는 필요에 따라 분열하고 제 기능을 다한 뒤 사멸하지만, 암세포는 ‘멈추는 신호’를 무시하고 계속 증식합니다. 이로 인해 종양이 형성되고, 주변 장기나 조직을 압박·파괴하며 장기의 정상 기능에도 심각한 손상을 초래할 수 있습니다. 따라서 암은 매우 흔하면서도 생명을 위협할 수 있는 질병이므로, 현대 의학에서 암 연구는 필수적인 영역이라고 할 수 있습니다.

 

 

Mutational Signature의 메커니즘

염기서열 ATGC는 아래와 같이 총 6가지 형태의 mutation을 일으킬 수 있는데요,

 

1) C → A

2) C → G

3) C → T

4) T → A

5) T → C

6) T → G

 

이때, 변이가 일어나는 위치의 앞쪽(upstream)과 뒤쪽(downstream)에 올 수 있는 염기는 각각 4가지(A, T, G, C)이므로 조합은 16가지(4 x 4)가 가능합니다. 따라서 전체적으로 고려할 수 있는 경우의 수는 96가지(16 x 6)입니다. (출처: 인코덤)

 

Mutational Signature의 메커니즘 

(출처: 인코덤)

 

 

인실리코젠의 Mutational Signature 연구

인실리코젠은 전 분야에서 데이터 기반 연구를 통해 실용적 가치를 제공하며, 특히 Mutational Signature 연구에도 적극적으로 참여하고 있습니다. 인실리코젠의 Data Science Center (DSC)는 기초과학, 의료, 헬스케어 등 전 생물정보 분야에 실용적 가치를 제공하며 고객과 직접 소통하는 전문 컨설팅부터, 데이터 분석, 응용 확장을 위한 플랫폼 개발까지 통합 데이터 과학 서비스를 제공합니다.

 

DSC에서는 Mutational Signature 연구를 통해 암 발생 메커니즘을 이해하고, 환경 물질 또는 약물 노출이 세포에 미치는 영향을 분석하는 등, 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 먼저 2014년에는 유방암에 대한 mutational signature 연구가 진행되었습니다. 이 과정에서 SNV (Single Nucleotide Variant), indel (Insertion / Deletion) 등의 변이 유형을 정밀하게 분석하였고, 이를 기반으로 암 발생과 연관성이 있을 가능성이 높은 후보 유전자들을 선별하였습니다. 이러한 결과는 암 발생 메커니즘을 이해하고 향후 진단·치료 표적을 규명하는 데 중요한 단서를 제공했습니다.

 

Occurrence of somatic SNVs of genes

(출처: 인실리코젠)

 

유방암과 밀접한 관련이 있는 대표적인 유전자에는 BRCA가 있는데요, BRCA 유전자에 돌연변이가 발생하면 DNA 손상 복구 기능이 제대로 작동하지 않아, 세포 내 변이가 축적되고 암으로 발전할 가능성이 높아집니다. 

인실리코젠에서 진행한 유방암 연구에서는 BRCA 외에도, 100여 명이 넘는 환자 집단을 대상으로 유방암 발생과 관련성이 높은 TP53과 PIK3CA의 변이 빈도 및 signature 패턴을 분석하고, 이를 COL3A1, BCLAF1, MACF1, MLL3 등 다른 후보 유전자들과 비교 평가했습니다. 

 

최근에는 3차 병원의 의뢰를 받아, 기관지 세포가 PHMG-P (Polyhexamethylene Guanidine Phosphate, 폴리헥사메틸렌구아닌)에 노출되었을 때 나타나는 돌연변이를 분석했습니다. PHMG-P는 살균제·소독제로 사용되는 고분자 화합물로, 우리나라에서는 가습기 살균제 사태 당시 문제가 되었던 성분 중 하나입니다. 이 물질은 흡입 시 호흡기 세포에 독성을 일으켜 폐 손상, 염증, 섬유화 등을 유발할 뿐 아니라 DNA 손상과 돌연변이를 일으킬 가능성도 제기되어 왔습니다. 본 연구에서는 COSMIC 데이터베이스를 기반으로 변이 패턴을 분석하여, PHMG-P에 의한 분자적 작용 메커니즘을 추적했습니다.

 

COSMIC (Catalogue of Somatic Mutations in Cancer) DB는 원천 암 변이 데이터베이스로 잘 알려져 있지만, 사실상 체세포 변이(somatic mutations)에 관한 광범위한 정보를 제공하기 때문에, 암 연구뿐 아니라 환경 물질이나 약물에 의한 세포 변이 연구 등 다양한 유전체 연구에서도 활용됩니다. Mutational signature를 분석하려면 수많은 환자 또는 세포 샘플의 변이 데이터가 필요한데, COSMIC은 전 세계 연구에서 보고된 수백만 개의 변이를 모아둔 가장 큰 데이터베이스로, 이러한 연구의 기본 리소스로 사용됩니다.

 

COSMIC (Catalogue of Somatic Mutations in Cancer)

(출처: COSMIC 홈페이지)

 

2004년에 처음 만들어진 COSMIC DB에는 현재 6,800종 이상의 인간 암 유형에서 발생한 2,900만 개 이상의 유전체 변이가 포함되어 있으며, 전 세계 24,000명 이상의 분자 병리학자, 임상 의사, 생물정보학자와 연구자들이 활용하고, 현재까지 22,000회 이상 학술지 논문에서 인용되었습니다. 인실리코젠에서는 COSMIC DB를 국내에 공급하며, Mutational Signature 연구와 분석 서비스를 기반으로 한 다양한 연구 지원을 제공하고 있습니다. 관심 있으신 연구자는 인실리코젠 홈페이지나 marketing@insilicogen.com으로 문의하실 수 있습니다.

앞으로도 인실리코젠은 Mutational Signature 연구와 분석 서비스를 통해 암 연구 및 맞춤형 의학 발전에 기여해 나가겠습니다.

 

 

참고자료

• 국가암센터 <통계로 보는 암>, 2025년 9월 3일 접속, https://www.cancer.go.kr/lay1/S1T639C640/contents.do
• 인코덤 <Mutational Signature>, 2025년 9월 3일 접속, https://incodom.kr/Mutational_signature

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EDITOR

홍온유

FLEX Dept. · Digital Marketer