암의 발병과 DNA 메틸레이션, 유전학적 치료
암을 이해하는 시각이 바뀌고 있습니다. 과거에는 암을 유전자 염기서열이 망가져서 생기는 '유전적(Genetic)' 질환으로만 보았지만, 최근 연구들은 염기서열은 그대로인데 유전자의 작동 방식이 고장 난 '후생유전학(Epigenetic)'적 변화가 암 발생의 핵심이라고 지적합니다.
오늘은 연구 논문(The Role of DNA Methylation in Cancer)을 바탕으로, 암 발생의 핵심 기전인 DNA 메틸화와 이를 이용한 최신 치료 전략까지 완벽하게 정리해 보겠습니다.
1. 핵심 용어 사전 (Glossary)
본문을 읽기 전, 이 용어들만 알면 내용의 90%를 이해할 수 있습니다.
DNA 메틸화 (DNA Methylation): DNA의 특정 부위(주로 시토신)에 '메틸기(CH3)'라는 화학 물질이 달라붙는 현상입니다. 메틸기가 붙으면 유전자가 'OFF(비활성화)' 상태가 되어 단백질을 만들지 못하게 됩니다.
후생유전학 (Epigenetics): DNA 염기서열 자체는 변하지 않으면서, 유전자의 기능(발현)만 변하는 현상을 연구하는 학문입니다.
CpG 섬 (CpG Island): 유전자의 시작 부분(프로모터)에 많이 존재하는 C(시토신)와 G(구아닌)가 반복되는 구간입니다. 정상 세포에서는 이곳이 깨끗(비메틸화)해서 유전자가 잘 작동하지만, 암세포에서는 이곳이 메틸화되어 유전자가 꺼집니다.
DNMT (DNA Methyltransferase): DNA에 메틸기를 갖다 붙이는 효소입니다. (유전자 스위치를 끄는 역할)
TET 효소: 반대로 DNA에서 메틸기를 떼어내거나 산화시키는 효소입니다. (유전자 스위치를 켜는 역할)
종양 억제 유전자 (Tumor Suppressor Gene): 세포 분열을 조절하고 암을 막는 유전자입니다. (예: p53, BRCA1)
2. 정상 세포 vs 암세포: 무엇이 다른가?
정상 세포에서의 DNA 메틸화
우리 몸의 정상 세포에서 DNA 메틸화는 필수적인 '방어 시스템'이자 '조절자' 역할을 합니다.
유전체 보호: 우리 유전자 속에 숨어 있는 오래된 바이러스나 반복 서열(Retrotransposon)이 함부로 튀어나오지 못하도록 메틸화시켜 꽁꽁 묶어둡니다.
유전자 조절: 부모로부터 받은 유전자 중 한쪽만 쓰게 하거나(각인), 여성의 X염색체 중 하나를 끄는 등 정교한 조절을 담당합니다.
암세포에서의 DNA 메틸화 변화
암세포가 되면 이 시스템이 두 가지 방향으로 완전히 망가집니다.
전반적인 저메틸화 (Global Hypomethylation): DNA 전체적으로는 메틸기가 떨어져 나갑니다. 결과: 묶여 있던 바이러스 유전자나 반복 서열들이 깨어나 유전체가 불안정해지고, 염색체가 부서지기 쉬워집니다.
국소적인 과메틸화 (Locus-specific Hypermethylation): 반대로, 암을 막아야 하는 '종양 억제 유전자'의 앞부분(CpG 섬)에는 메틸기가 과도하게 달라붙습니다. 결과: 암을 억제하는 유전자의 스위치가 꺼져버립니다. (마치 브레이크가 고장 난 자동차처럼 됨)
3. 암을 일으키는 구체적인 메커니즘
논문에서는 DNA 메틸화가 어떻게 암을 유발하는지 구체적인 사례를 듭니다.
DNA 수리 유전자의 침묵: 예를 들어, MGMT라는 유전자는 DNA 손상을 고치는 역할을 합니다. 뇌종양(교모세포종)이나 대장암에서는 이 MGMT 유전자가 과메틸화되어 작동을 멈춥니다. 그 결과 DNA 돌연변이가 쌓이게 됩니다. MLH1 유전자 역시 과메틸화되면 DNA 복제 실수를 고치지 못해 암 발생 위험이 폭증합니다.
종양 억제 유전자 불활성화: 유방암의 BRCA1, 신장암의 VHL 같은 유명한 유전자들도 돌연변이뿐만 아니라, 메틸화에 의해 '꺼져서' 암이 발생할 수 있습니다.
4. 임상적 적용: 진단과 치료 (Clinical Implications)
이 논문의 하이라이트는 이러한 후생유전학적 특징을 실제 환자 치료에 어떻게 쓰느냐입니다.
① 바이오마커 (Biomarker)로서의 활용
DNA 메틸화 패턴은 암을 진단하거나 예후를 예측하는 강력한 지표가 됩니다.
MGMT와 테모졸로마이드: 뇌종양 환자의 암세포에서 MGMT 유전자가 '메틸화(꺼짐)'되어 있다면, 역설적으로 테모졸로마이드(Temozolomide) 라는 항암제가 더 잘 듣습니다. MGMT가 고장 나 있으니 항암제가 준 타격을 암세포가 스스로 복구하지 못하고 죽기 때문입니다.
② 후생유전학적 치료 (Epigenetic Therapy)
유전자 돌연변이는 되돌릴 수 없지만, 메틸화는 약물로 되돌릴 수 있습니다(Reversible). 이것이 후생유전학 치료의 핵심입니다.
DNMT 억제제 (5-Aza-CdR, Decitabine 등): 이 약물들은 DNA에 메틸기를 붙이는 효소(DNMT)를 방해합니다.
효과: 과메틸화로 꺼져 있던 '종양 억제 유전자'의 스위치를 다시 켜서 암세포를 정상화하거나 죽게 만듭니다. 현재 골수이형성증후군(MDS) 등의 치료에 FDA 승인을 받아 쓰이고 있습니다.
바이러스 의태 (Viral Mimicry) - 최신 이론:
최근 연구(Chiappinelli et al.)에 따르면, DNMT 억제제를 쓰면 암세포 내에 잠자던 '내인성 레트로바이러스(ERV)'의 메틸화가 풀리면서 깨어납니다. 세포는 이것을 "바이러스가 침투했다!" 라고 착각하게 되고, 면역 반응(인터페론 반응)을 일으켜 암세포 스스로를 공격하게 만듭니다. 이는 항암 면역치료의 효과를 높이는 새로운 기전으로 주목받고 있습니다.
5. 결론 (Conclusion)
이 논문은 DNA 메틸화가 암의 시작과 진행에 결정적인 역할을 한다는 것을 보여줍니다. 하지만 동시에 희망적이기도 합니다. 유전자 염기서열이 망가진 것은 고치기 힘들지만, 후생유전학적 변화는 약물로 다시 되돌릴 수 있는 '가역적(Reversible)' 인 성질을 가지고 있기 때문입니다.
앞으로 DNA 메틸화를 표적으로 하는 치료제와 진단 기술은 정밀 의료(Precision Medicine)의 핵심이 될 것입니다.
참고 문헌: Lakshminarasimhan, R., & Liang, G. (2016). The Role of DNA Methylation in Cancer. Advances in Experimental Medicine and Biology.
