초록 ▼

1. 분석자서문

20여년전, 최초로 마이크로 RNA (microRNA, miRNA)가 발견된 이후 현재까지 생물학 분야에서 miRNA에 대한 연구가 확장되었다. 특히 암의 발달과 질병으로 이어지는데 있어서 miRNA의 역할이 밝혀짐에 따라 miRNA가 새로운 치료 방법으로 관심을 갖고 있다. 기능적 연구에 따르면 종양 억제자 혹은 암 유전자(oncomogenes, oncomiRs)로 작용하는 miRNA의 발현이 높은 경우 miRNA의 조절 장애가 이루어짐에 따라 발병으로 이어짐이 확인되었다. 또한 miRNA mim

1. 분석자서문

20여년전, 최초로 마이크로 RNA (microRNA, miRNA)가 발견된 이후 현재까지 생물학 분야에서 miRNA에 대한 연구가 확장되었다. 특히 암의 발달과 질병으로 이어지는데 있어서 miRNA의 역할이 밝혀짐에 따라 miRNA가 새로운 치료 방법으로 관심을 갖고 있다. 기능적 연구에 따르면 종양 억제자 혹은 암 유전자(oncomogenes, oncomiRs)로 작용하는 miRNA의 발현이 높은 경우 miRNA의 조절 장애가 이루어짐에 따라 발병으로 이어짐이 확인되었다. 또한 miRNA mimic과 miRNA (antimiRs)를 표적 하는 분자는 전임상적인 치료에 활용할 수 있는 가능성을 보여주었다. 대표적으로 암 치료를 위해 임상 1상 시험 중인 miR-34와 간염 치료를 위해 임상 2상 시험 중인 miR-122를 표적 하는 antimiR을 비롯하여 여러 종류의 miRNA 표적 치료법이 임상적으로 활용 가능성을 평가 받고 있다. 본 분석물은 암 및 다양한 질병에서의 miRNA에 대한 이해와 현재 miRNA을 이용한 치료법에 대한 내용을 제공한다. 또한 가장 효과적인 치료 후보 물질 확인 및 miRNA 치료제의 안전한 전달을 위한 문제에 대해 논의하고자 한다.



2.목차

2. 암에서 miRNA의 역할

1) miRNA 생합성(biogenesis) 효소의 조절 장애

2) 종양 억제 miRNA의 조절 장애

3. 암에서miRNA의 치료 조절 장애

1) 종양 억제 miRNA의 보충

2) oncomiRs 억제

4. 암 이외의 질병에서 miRNA

1) miR-122 및 C형 간염(hepatitis C) 감염

2) 심혈관 질환

3) 죽상 경화증(Atherosclerosis)

4) 당뇨병

5) 경피증(Scleroderma)

5. miRNA가 포함된 임상 연구

6. 결론

miRNA 치료법을 포함하는 많은 전임상 연구가 수년에 걸쳐 수행되어 왔지만, 소수의 miRNA 치료제 만이 임상 개발로 이어졌다. miRNA 기반 치료법 개발 시 가장 큰 과제 중 하나는 각 질병 유형별로 최상의 miRNA 후보 물질 또는 miRNA 표적을 확인하는 것이다. 다른 도전 과제는 치료 후보 물질에 더 높은 안정성을 부여하고 조직 특이적 표적화를 가능하게 하고 잠재적 독성 및 표적 효과를 피하는 miRNA 전달 매개체의 설계를 포함한다[36,37].

miRNA 발현의 표적 miRNA를 확인하는데 중요한 장애물이 있다. 예를 들어, 암에서 종양 미세 환경의 저산소증 및 염증과 같은 요인은 후보 miRNAs의 선별이 어렵게 된다[39,40]. 또한, Drosha, Dicer 및 AGO2와 같은 주요 miRNA 생합성 효소는 저산소 상태에 의해 하향 조절되어 비정상적인 miRNA 발현을 유도한다[38,39]. 생검 샘플은 오직 하나의 특정 부위를 조사하고 miRNA 발현에 대한 통찰력을 제공하지 않는다. 암에서 miRNA 발현의 이질성 문제점을 극복하기 위해 질병 조절 과정에서 다양한 조직의 생검 샘플의 공통적인 조절 miRNA를 확인하고 치료적으로 조작될 수 있어야 한다.

게놈학과 새로운 시퀀싱 접근법의 출현으로 인해 질병 발현과 관련된 데이터가 크게 증가했으며, 종종 여러 조직 리소스(resource)에서 동일한 유형의 데이터를 사용할 수 있었다. 예를 들어, 여러 진행 단계에서 암 세포주 또는 조직 샘플을 프로파일링하는 수백 개의 데이터 저장소가 존재한다. 이러한 데이터 세트를 체계적으로 분석하여 miRNA 표적 네트워크를 이해하면 질병 과정에 관여하는 주요 공통 miRNA를 식별할 수 있다. 최근 miRNA 조절 네트워크에 대한 통합 분석 결과, miR-506의 경우, 난소암에서 전이 과정의 여러 측면을 조절하는 중심 miRNA로 확인되었다. 암 게놈 및 프로테오믹 데이터(TCGA)의 공개 저장소에서 miRNA 및 mRNA 데이터를 사용하여 간좌엽(metastatic process) 하위 유형의 난소암 세포에서 miRNA 및 mRNA 네트워크를 조사했다. miRNA-mRNA 상호 작용 및 특정 miRNA의 역 발현 패턴에 생물 정보학 분석 및 mRNA는 miR-506, miR-101, miR-200a, miR-25, miR-128 및 miR-182가 난소 암의 중간 엽 줄기 세포에서 유의하게 하향 조절되는 것으로 나타났다. EMT에서 miR-506이 검출되지 않고, 난소암 세포에서 miR-506을 복원하면 중간엽에서 상피 세포 유형으로의 세포 표현형이 변화된다는 것을 보여 주었다. 이 발견은 in vitro 및 생체 내 실험을 통해 확인되었다. mir-506이 높게 발현되는 환자는 생존률이 훨씬 높았으며 전임상 실험은 리포좀성 운반체 DOPC64를 통한 miR-506 mimic의 전달에 반응하여 종양 퇴화를 확인할 수 있었다.

TCGA와 같은 데이터베이스의 이용 가능성은 전세계 연구자들이 암과 관련된 새로운 miRNA 경로를 발견하는데 도움이 되었다. miRNA targetome의 보다 정확한 확인은 miR-CLIP seq와 같은 최근 기술로 가능했다. 이 기술을 사용하면 특정 miRNA 및 관련 mRNA 표적의 생화학적 분석을 통해 miRNA-mRNA 연관성을 식별하고 시퀀싱을 수행할 수 있다.

최근 연구에 따르면 miR-CLIP 캡처 기술은 miRNA와 긴 non-coding RNAs (lncRNAs) 사이의 새로운 상호 작용을 식별할 수 있다는 점을 보여 주었으며 다른 종류의 비암호화된 RNA가 종종 질병에서 비정상적으로 발현된다. miR-106a를 이용한 miRCLIP 분석을 수행하여 lncRNA H19가 miR-106a에 대해 여러 가지 결합 부위를 갖는 것을 발견하였다. lncRNA H19는 miR-106a에 sponging 효과가 있어 miRNA를 mRNA 표적에서 효과적으로 저해시켜 각 mRNA의 수준을 상향 조절하는 것으로 나타났다. 최근 암과 다른 질병에서의 lncRNA의 역할에 대한 이해가 확장되면서 lncRNA와 miRNA가 정상 세포의 항상성과 질병에서 어떻게 상호 작용하는지에 대한 연구는 매우 흥미로울 것으로 사료된다.

현재 miRNA와 관련된 CLIP-seq 결과의여러 데이터베이스는 miRTarBase 또는 starBase은 포괄적인 분석을 위해 CLIP-seq에 공개된 이러한 결과를 단일 플랫폼에 통합했다[40,41]. TargetScan164와 같은 예측 도구와 함께 결과를 결합하면 연구자가 miRNA의 mRNA 표적을 더 정확하게 예측하고 질병 관련 miRNA 및 mRNA를보다 효율적으로 식별할 수 있다.

질환 특이적 과정에서 주요 조절 miRNA를 발굴 전략은 miRNA mimics 또는 억제제를 사용하여 게놈 차원의 기능적 스크린을 수행하는 것이다. 예를 들어, 신생아 마우스의 심근 세포에서 875개의 miRNA 라이브러리를 사용하여 확산 관련 miRNA에 대한 고화질 content가 신생아 심근 세포 재생에 관여하는 핵심 miRNA로 miR-590 및 miR-199a를 확인하였다. 신생아 마우스에게 지질 운반체 또는 아데노바이러스 매개 전달을 이용한 miRNA의 전신 전달은 심근 세포 수가 증가하고 섬유화가 감소했다.

아직 광범위하게 연구되지 않은 접근법은 항암 화학 요법 암세포를 재감응시키는 miRNA의 동정이다. In-vitro 및 in vivo 연구는 let-7, miR-34, miR-451 및 miR-200과 같은 miRNA가 화학 요법에 암 세포를 민감하게 할 수 있음을 보여 주었으며 miRNA의 mimic은 화학 요법 약물과 결합될 수 있었다.

특정 miRNA가 표적 하는 종양 유전자 또는 종양 억제 인자의 수에 대해서는 아직까지 명확하게 밝혀지지 않았다. 이는 다중 보상 경로의 표적화를 촉진할 수 있음으로 miRNA가 여러 유전자를 표적으로 할 수 있는 능력이 관심을 받을 수 있다. 그러나 특정 miRNA 표적에는 암과 관련이 없는 다수의 표적뿐만 아니라 암 유전자와 종양 억제 인자가 모두 포함되어 선택적 miRNA 유도 치료법의 개발을 복잡하게 만든다. 또한 miRNA는 특히 비생리학적 농도에서 정상 세포 항상성 유전자를 표적 하여 악영향을 미칠 수 있는 알려지지 않은 표적을 가질 수 있다. 따라서, 치료법 진행에 앞서 특정 miRNA의 mRNA 'targetome'을 다각도적으로 조사하는 것이 중요하다. 마지막으로 개별 환자(intertumoural heterogeneity)가 다른 세트의 miRNA를 발현하는지 여부에 대한 문제는 여전히 시험 대상으로 남아 있다.

인간 생물학에서의 게놈 및 프로테오믹 결과의 급격한 증가는 약물 개발을 위한 주요 miRNA 표적 식별에 도움이 될 것이다. 이는 전임상 분석과 함께 miRNA 치료법이 장기적으로 임상적 치료에 활용될 수 있도록 확장하는데 도움이 될 것이다.



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※ 이 자료의 분석은 충남대학교의 이혜미님께서 수고해주셨습니다.