암 유전체학 노트 (암과 유전자, 그리고 싱글셀 분석)

박웅양

현(주)지니너스대표이사.삼성서울병원미래의학연구원유전체연구소장.성균관대학교의과대학분자세포생물학교실교수.
서울대학교의과대학의학사.서울대학교대학원의학과생화학전공의학박사.미국록펠러대학교분자신경종양연구실박사후연구원.

프롤로그007
어쨌건고민은암이며009/환자도알아야한다010/내가해왔던연구는012

EXPLANATIONI.암과유전자019
암을이해하기위해필요한몇가지유전학적개념들021/유전자,유전체,생식세포돌연변이,체세포돌연변이026/암유전체검사032/질문1.암과유전자?036/답변1.암과유전자!038/질문2.이득이있나?057/답변2.가치는있다!058/질문3.가족력?072/답변3.치료법!073/질문4.그래도아직은?098/답변4.그럼에도!099

PRESENTATIONII.암유전체학연구109
확률게임111/무모한과학자들118/TCGA125/연구의가치129

VISIONIII.싱글셀133
과학자들의다음기획135/HCA138/이제조금씩암을읽을수있다142/싱글셀과항암제146/어떻게151/암조직을CT수준으로들여다보기157/즐거운상상162

에필로그169
호기심171/왜낯설까173/판단과선택의기준176/곧다가올미래179

주석185

암세포한개에서암이시작한다

암(cancer)은우리몸속한개의세포에서시작한다.어떤이유에선가세포안에있는DNA에돌연변이가생기고,우연히해당DNA돌연변이가암과관계된것이었고,DNA돌연변이가생긴세포가무한하게분열해나가기시작하면서,암이시작된다.암이세포의질병이고,하나의세포에서시작하는질병이고,세포안에있는DNA의질병이라면,하나의세포와그세포에있는각각의DNA를살펴봐야하지않을까?〈〈암유전체학노트-암과유전자,그리고싱글셀분석〉〉은이런질문에서시작한다.

암과싱글셀분석

저자는의사면서과학자다.삼성서울병원미래의학연구원유전체연구소소장으로있으면서암유전체학을연구한다.그의주된관심은싱글셀(singlecell)분석이다.
암이라고부르는부위는암세포만으로이루어져있지않다.암세포가자라는데필요한산소와영양분을공급받기위해새로만든혈관세포,암세포를없애기위해올려온면역세포등여러종류의세포들이한데엉켜있다.게다가암세포스스로끊임없이변이를계속하기때문에암세포또한한가지종류만있다고단정할수없다.
따라서암을정확하게이해하고,최적화된암치료제를처방하기위해서는,암조직을개별세포수준에서분석할필요가있다.그런데이런식의분석은,암이세포속DNA의변이로인한질병이므로,각세포안에있는DNA를각각분석할때가장정확할것이다.의사면서유전체학을연구하는과학자인저자는암조직을이루는개별세포속DNA를분석해,환자에게가장최적화된암치료제를골라내고,재발과전이라는문제에답을찾기위해,싱글셀연구를하고있다.
〈〈암유전체학노트-암과유전자,그리고싱글셀분석〉〉은암이라는질병을이해하는데필요한유전체학정보를정리하는것으로시작한다.본인이나사랑하는사람이암에걸려고통받는상황에놓인사람,최신유전체학연구를접할기회를마련하지못했던암치료현장의의료진,그리고유전체학과암을이해해보고싶은독자를위해,가장기본적인것을바탕으로하되최신의연구결과까지더해설명을이어간다.생명과학과유전체학,암과첨단신약이라는방대한지식과정보가운데꼭필요한것만골라내고,비전문가가이해할수있도록풀어준다.

의사인과학자가설명해주는
암과유전체학

저자는과학자면서의사다.임상에서환자를직접보는의사는아니지만,암치료현장과가까운곳에서환자와의료진을만난다.그리고암이라는상황에서궁금한것이늘어난환자와,답할수있는시간이부족한의료진의어려움또한알고있다.〈〈암유전체학노트-암과유전자,그리고싱글셀분석〉〉은어려움을겪고있는환자와의료진에게차분하게설명을들려주는일또한맡기로했다.
책은실제암치료과정에서환자가겪게되는일을보여주고,그때그때환자에게생겨나는궁금증을풀어준다.물론암치료라는방대한프로세스전체를설명하는것은아니다.암유전체검사라는주제를중심으로암발생과치료일반에대한궁금증부터,암유전체검사와암치료법연구라는첨단분야에대한설명까지,꼭필요한것들을다룬다.
그리고암유전체학연구의발전과이를바탕으로한환자맞춤형치료법개발이라는,정밀의학의발전에환자가자신의암유전체정보를공유하는참여가얼마나중요한지설득한다.모든차량의운행데이터가실시간으로모이는방식의길안내내비게이션방식이목적지까지가장빠르고정확한길을안내하듯이,개별암환자의유전체정보데이터와치료제처방및효과에대한데이터도많이모이면모일수록좀더정확하게효과적인환자맞춤형치료법개발이가능해질것이다.책은암환자가이제더이상단순한치료의대상이아니라암유전체학연구라는첨단분야에한주체로참여하고있다는점을소개한다.


의학,과학,그리고기업

〈〈암유전체학노트-암과유전자,그리고싱글셀분석〉〉에는유전체학분야가어떻게발전되어왔는지에대한이야기도담겨있다.저자는사람의DNA염기서열전체를읽어내려는과학자들의도전인‘인간지놈프로젝트(HumanGenomeProject,HGP)’부터소개한다.그리고이것을가능하게해준‘생어시퀀싱(SangerSequencing)’기술을설명한다.표적항암제라는혁신적인암치료제개발을가능하게해준‘암유전체분석계획(TheCancerGenomeAtlas,TCGA)’을설명하면서는차세대염기서열분석(NextGenerationSequencing,NGS)기술을설명한다.싱글셀분석을위한‘인간싱글셀분석프로젝트(HumanCellAtlas,HCA)’소개하면서는현재사용하고있는최신기술에대한소개도빼놓지않는다.여기에화학항암제,표적항암제,면역항암제가암을치료하는메커니즘이나임상현장에서각각의첨단기술들이어떻게적용되는지에대한소개도더해졌다.
첨단기술의개발,그것의상용화에대한소개가빠지지않는이유는결국환자를치료하는것이중요하기때문이다.세포1개에들어있는DNA를연구하는싱글셀분석에대한아이디어는이미2000년대초반에제안되었다.그러나당시에는실제이를구현할수있는분석기술이개발되지못했다.가설이검증되고다시현장에적용되어문제를해결할수있게되려면,결국기술의발전이따라와야한다.
의사이면서과학자인저자가창업을한것도비슷한이유에서다.저자는싱글셀분석으로환자에게최적화된암치료제를찾아내는진단법을상용화하는바이오테크를창업해경영하고있다.의과학자의연구와노력도결국상용화라는과정을거치지않으면실질적인암환자치료에도움을주기어렵다는판단에서였다.가설이과학으로입증되고,과학이임상에서암환자를치료해내려면언젠가는거쳐야할기업의상용화과정에참여하는것.저자가전하는암유전체학과싱글셀분석이야기는암이라는거대한문제앞에선의사이면서과학자이고,과학자이면서기업가가가진고민을보여준다.

우리삶의문제를풀어내고있는,여섯번째과학자의글쓰기

‘과학자의글쓰기’는실험실에서우리삶의문제를풀어내고있는과학자들의목소리를듣는프로젝트다.생명과학분야전문매체「바이오스펙테이터」는‘과학자의글쓰기’라는프로젝트로신약개발을비롯한생명과학분야첨단연구현장의한복판에있는과학자들의목소리를독자들에게전하는작업을이어가고있다.
식물로항체의약품만들기에도전하는식물학자,면역항암제의개념과쟁점을풀어주는공학교수,2019년한국에서도발견되어2022년현재까지돼지농가를위협하고있는아프리카돼지열병을설명하는수의학자,더빠르고정확하게암을찾아서그자체로암치료의열쇠가되어줄암진단분야의연구를조망하는바이오·제약전문기자,긴박한수혈현장을보여주고실전사례를매뉴얼로정리한진단검사의학전문의가그들이다.
‘과학자의글쓰기시리즈’는첨단과학과정밀의학,병의진단과치료사이를연결하고,이를독자들에게알기쉽게전달하는프로젝트다.암유전체학을연구하는의과학자가여섯번째로프로젝트의배턴을이어받았다.의사이자과학자인저자는암과유전사이의오해를풀고,암치료의첨단의학이일하는현장으로안내했다.