초록 ▼

이 연구는 유전-환경 통합 위험점수(Gene-Environmental Risk Score, GERS)를 개발하고 이를 활용하여 대장암 고위험군 기준을 개발하고, 환경 유전 상호작용을 분자생물학적인 방법으로 분석하여 이를 세계적으로도 선도적인 방법론을 제시함과 동시에 국가 암 관리 정책 구현에 이바지하고자 함.

이를 위해 본 연구는 한국인 일반인구 약 18만 명을 대상으로 후향적 및 전향적 추적으로 확인된 대장암을 대상으로 환경적/유전적 위험요인을 규명하고자 하였음. 대장암과 관련성이 있는 유전위험요인 발굴 및 비만으로

이 연구는 유전-환경 통합 위험점수(Gene-Environmental Risk Score, GERS)를 개발하고 이를 활용하여 대장암 고위험군 기준을 개발하고, 환경 유전 상호작용을 분자생물학적인 방법으로 분석하여 이를 세계적으로도 선도적인 방법론을 제시함과 동시에 국가 암 관리 정책 구현에 이바지하고자 함.

이를 위해 본 연구는 한국인 일반인구 약 18만 명을 대상으로 후향적 및 전향적 추적으로 확인된 대장암을 대상으로 환경적/유전적 위험요인을 규명하고자 하였음. 대장암과 관련성이 있는 유전위험요인 발굴 및 비만으로 인한 대장암 발생의 유전-환경 상호작용을 위한 후보 유전자군을 선정하기 위해서 코호트 연구를 통해 확보한 대장암 발생 350건과 대조군 994건의 GWAS 자료를 활용, Affymatrix exome array chip을 이용하여 분석, 이를 바탕으로 선정한 대장암 관련 SNP을 선정하여 SNP sequencing을 시행함. 또한 이전 48개 연구논문에서 발표된 대장암 관련 SNP 23개를 선정하여 본 코호트 샘플에 적용하여 분석하였음. 대장암 발생의 유전-환경 상호작용을 규명하여 유전-환경 위험점수(GERS) 방법론을 개발과 모형 평가. 유전-환경 위험점수(GERS)를 한국인의 질병예측모형 시범화를 진행하여 대장암 고위험 기준 개발하고자 하였음.

이러한 내용을 실험적으로 증명하기 위해 discovery study와 replication study set을 통해 case-control study를 시행함. 또한 target 유전자의 RNA levels과 protein levels에서의 발현 차이 분석을 위해 대장암 시료 수집하였고, Colorectal cancer cell line 및 Normal colon cell line 구축하였음.

구체적인 연구결과 내용은 다음과 같음.

○ 한국인의 대장암 발생 환경위험점수(Environmental Risk Score, ERS) 개발
- 기존연구에서 제시한 대장암 환경위험요인의 타당성을 KCPS (Korean Cancer Prevention Study) I, KCPS II를 통해 타당성 재확인하여 Healthy Lifestyle Score (HLS)에 포함된 대장암 발생 위험요인별 가중치를 부여하여 한국인에 적합한 환경위험점수(ERS) 개발. 본 연구에서는 최종 ERS 모형에 연령, 성, 공복시 혈당, 흡연, 운동, 대장암 가족력을 포함함.
- 2015년 발표한 대장암 위험 모형에서는 흡연, 운동 등 생활환경습관과 구분하기 위해 전통적 위험점수(traditional risk score)라고 명명하여 표기하였음.

○ 한국인의 대장암 발생 유전위험점수(Genetic Risk Score, GRS) 개발
- 문헌조사, GWAS study, Imputation method, Axiom Exome Sequencing, SNP sequencing을 통해 유의한 SNP 선정.
- 국제 공동 연구(Asian Genetic Epidemiology Network, AGEN)를 통해 replication 진행.
- 이러한 방법을 통해 총 48개의 SNP을 선정하고 이중 유의한 결과를 보인 8개의 SNP(rs6659923, rs3802842, rs4444235, rs1447295, rs12613322, rs10795668, rs9929218, rs4939827)을 최종 선정하여 GRS를 개발함.

○ 유전-환경 상호작용 위험점수 방법론 및 대장암 Gene-Environmental Risk Score(GERS)개발
- 유전-환경 상호작용 모델(Hunter, 2005) 활용을 활용하여 대장암 Gene-Environmental Risk Score(GERS) 개발함.
- The receiver operating characteristic(ROC) curve, Net reclassification index(NRI) 방법을 통해 모형 평가를 시행함.
- Multifactor Dimensionality Reduction(MDR)을 통한 gene-gene 또는 gene-environment interaction 효과 검증

○ 발굴한 유전위험요인과 GERS에 대한 실험적 검증 및 유전-환경 상호작용 분석
- 유전-유전 상호작용에 따른 대장암 위험 연구
• T-cadherin(CDH13)의 SNP와 CDH13의 ligand인 adiponectin의 SNP 간의 상호 작용에 따른 대장암 위험 예측 연구를 통해 rs3865188와 rs3774261의 SNP들 간의 상호작용에 따라 adiponectin levels 조절 가능성을 제시함.
• Tumor와 non-tumor 조직에서의 T-cadherin의 CpG island 영역의 methylation 연구를 통해 non-tumor 조직에서 methylation이 높은 것을 확인함.
- 유전-환경 상호작용에 따른 대장암 위험 연구
• 대장암에서의 microRNA에 의한 유전자 발현 조절 연구를 통해 대장암 환자로부터 non-tumor 조직과 tumor 조직을 활용하여 tumor 조직에서 FZD6 expression이 non-tumor 조직보다 더 증가함을 mRNA levels과 protein levels에서 분석하였고, Gene Expression Ominibus(GEO)를 통해서도 tumor에서 발현이 높다는 것을 확인함.
• 대장암과 연관성을 보이는 SNP와 그에 상응하는 microRNA에 의한 유전자 발현 차이연구를 통해 3`-UTR에 위치한 SNP가 그에 상응하는 target microRNA에 의해 대장암과의 상관성을 보았음.

○ 대장암 발생 GERS를 활용하여 대장암 발생 고위험 기준 개발
- 최종 개발한 대장암의 유전-환경 위험점수를 이용하여 대장암 고위험군 선별 가능.
- 개발된 모형은 대장암 73%, 결장암 75%, 직장암 74%의 예측율을 보였음.
- 대장암 발생 예측모형에서 사용한 7개 SNP에 대한 계속적인 타당성 연구, 연세의료원 암병원 암예방센터(CPC)에서 고위험군 가족 또는 친척들을 상대로 스크리닝 단계를 거친 후,임상에 활용할 계획임.
- 이를 바탕으로 고위험군 기준이 확립되면 한국인 대장암 조기 예방의 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대하며, 더 나아가 국민 의료비 감소 효과 또한 기대할 수 있음.

( 출처 : 요약문 4p )

Abstract ▼

Study Objectives:
to develop Gene-Environmental Risk Score (GERS); to set criteria for colorectal cancer high risk group using GERS; and to analyze them in molecular method, thereby giving support to the national policy for cancer management.

This study aims to investigate the environmenta

Study Objectives:
to develop Gene-Environmental Risk Score (GERS); to set criteria for colorectal cancer high risk group using GERS; and to analyze them in molecular method, thereby giving support to the national policy for cancer management.

This study aims to investigate the environmental/genetic risk for colorectal cancer development using approximately 180,000 participants who developed colorectal cancer in prospective and retrospective cohort study models. About 350 subjects diagnosed with colorectal cancer and 994 controls obtained from the cohort and previous studies on GWAS were analyzed by Affymatrix exome array chip, and SNPs were further selected for sequencing. The selection of 23 SNPs was based on 48 previous studies which reported their relativeness with colorectal cancer. Using interactions between gene-environmental factors and colorectal cancer, the prediction model for colroectal cancer could be evaluated using a developed GERS method and could set criteria for the high risk group.

Through discovery study and replication study set, a case-control study was conducted in order to provide experimental evidence of this study. In addition, colorectal cancer cell line as well as normal colon cell line were constructed for analysis finding differences in target gene expressions at RNA and protein levels.

○ Environmental Risk Score (ERS) Development for Colorectal Cancer in Koreans
- The ERS applicable to Koreans was developed by reconfirming ERS model via KCPS I and KCPS II. The risk factors for colorectal cancer included in Healthy Lifestlye Score (HLS) were weighted for ERS development. The final ERS model includes age, sex, FBS, smoking status, exercise status, and family history of colorectal cancer.
- In this study, the colorectal cancer risk model reported in 2015 was designated as "traditional risk score" to differentiate from factors such smoking and exercise status.

○ Genetic Risk Score (GRS) Development for Colorectal Cancer in Koreans
- SNPs relevant to colorectal cancer were selected based on literature search, GWAS study, imputation method, Axiom Exome Sequencing, SNP sequencing, etc.
- Replication was conducted via Asian Genetic Epidemiology Network (AGEN).
- A total of 48 SNPs were selected based on the above methods, and GRS was developed from a total of eight SNPs (rs6659923, rs3802842, rs4444235, rs1447295, rs12613322, rs10795668, rs9929218, rs4939827) that showed a significance.

○ Gene-Environmental Interactions Risk Assessment Methods and Gene-Environmental Risk Score (GERS) Development for Colorectal Cancer
- GERS was developed using the model which assessed gene-environemental interactions risk score (Hunter, 2005)
- The Receiver Operating Characteristic (ROC) curve and Net Reclassification Index(NRI) methods were used to evaluate the developed model.
- Gene-gene or gene-environment interaction effect was verified through Multifactor Dimensionality Reduction (MDR).

○ Experimental Verification for ERS and GERS and Analyses of Gene-Environmental Interactions
- Colorectal Cancer Risk Study by Gene-gene Interactions
• The study on colorectal cancer risk prediction model using interactions between T-cadherin (CDH13) and adiponectin, a ligand of CHD13 suggests that adiponectin levels could be adjustable by interactions between SNPs of rs3865188 and rs3774261.
• A high methylation was observed in non-tumor tissue while studying the methylation of T-cadherin at CpG island.
- Colorectal Cancer Risk Study by Gene-Environmental Interactions
• FZD6 expression was found to be more frequent in tumor than non-tumor tissue in studies on microRNA of corlorectal cancer and on Gene Expression Ominibus(GEO).
• The study on gene expression between colorectal cancer-related SNPs and micro RNA has shown that SNPs within 3`-UTR, in particular, was associated with colorectal cancer by target micro RNA.

○ Development of High Risk Group for Coloretal Cancer using GERS
- The high risk group for colorectal cancer is selectable using a final GERS for colorectal cancer.
- Prior to clinical trial, a screening process on family or relatives of high risk group will be conducted at Yonsei University Cancer Prevention Center (CPC), while feasibility research on seven SNPs used in colorectal cancer prediction model will continue.
- The establishment of high risk group is to play a vital role in promoting early stage prevention of colorectal cancer as well as a decline in medical care expenditures.

( 출처 : SUMMARY 6p )

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2목차 ... 3요약문 ... 4Project Summary ... 6총괄연구과제 연구결과 ... 8 1. 총괄연구과제의 최종 연구개발 목표 ... 8 2. 총괄연구과제의 최종 연구개발 내용 및 결과 ... 15 3. 총괄연구과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 46 4. 총괄연구과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 47 5. 총괄연구과제의 활용계획 ... 76 6. 첨부서류 ... 78제 1세부연구과제 연구결과 ... 96 1. 제 1세부연구과제의 최종 연구개발 목표 ... 97 2. 제 1세부연구과제의 연구대상 및 방법 ... 104 3. 제 1세부연구과제의 최종 연구개발결과 ... 107 4. 제 1세부연구과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 141 5. 제 1세부연구과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 141 6. 제 1세부연구과제의 활용계획 ... 143 7. 참고문헌 ... 144제 2세부연구과제 연구결과 ... 145 1. 제 2세부연구과제의 최종 연구개발 목표 ... 146 2. 제 2세부연구과제의 연구대상 및 방법 ... 147 3. 제 2세부연구과제의 최종 연구개발결과 ... 149 4. 제 2세부연구과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 159 5. 제 2세부연구과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 161 6. 제 2세부연구과제의 활용계획 ... 162 7. 참고문헌 ... 163끝페이지 ... 164