암세포 주변 감지해서 자신의 모양 바꿔 적응할 수 있어
최근의 연구는 암세포들이 주변 환경을 감지하고 이동하고 숨고 새로운 종양을 성장시키는 능력들을 켜고 끄면서 퍼져나가는 것을 발견했다. 리딩 대학교 과학자들은 주변 환경에 대한 그런 민감성이 소량의 암세포가 종양의 다른 세포들보다 더 잘 퍼져나갈 수 있도록 만드는 핵심적인 능력인 것을 발견했다.

연구진은 왜 어떤 암세포가 인체의 다른 부위로 더 쉽게 이동해서 새로운 종양으로 성장할 수 있는지를 알아내기 위해, 진화 생물학과 인공지능 기술을 결합하는 새로운 방법을 개발해서 암세포들의 움직임과 형태를 어느 때보다 더 자세하게 연구를 했다.

그들은 어떤 세포들은 주변 환경을 뚜렷하게 인식하고 반응하는 능력을 발휘하는 것을 발견했다. 지금까지 암은 그런 능력을 상실한 것으로 여겨졌었다. 이는 암세포들이 다른 곳에 뿌리를 박기 위해 혈관벽이나 경쟁하는 다른 세포 같은 장애물을 훨씬 더 효과적으로 헤쳐나가기 위해 자신의 모양을 바꿔 적응할 수 있는 것을 의미한다.

이 연구 결과는 왜 어떤 암이 다른 암보다 더 공격적인지를 설명해주는 데 도움이 되고, 미래에 의사들이 그런 슈퍼 세포들이 퍼져나가기 전에 미리 표적으로 삼아 치료해서 미래의 환자들이 회복할 기회를 더 많이 갖도록 해줄 수도 있을 것이다.

이 연구를 주도한 리딩 대학교 수학 생물학자인 죠지 버틀러는 다음과 같이 설명했다. “인간의 건강한 세포와는 달리, 암세포들은 암 진행 초기에 자신의 주변에 무엇이 있는지를 감지하는 감각을 상실한 것으로 여겨졌다. 이는 그들이 주변 환경에 대해 사실상 깜깜해서, 복제를 하여 원발 종양을 만드는데 집중하는 것을 의미한다. 우리의 관찰은 어떤 암세포들은 그런 감각을 다시 되살려서 주변 환경을 인식해서 다른 부위로 더 효과적으로 이동할 능력이 있는 것을 처음으로 증명했다. 공간을 더 잘 인식하는 그런 세포들은 물체를 마주치면 반응해서 모양을 바꾼다. 아마도 그런 반응을 통해 다른 세포들을 회피하고 혈관벽을 통과해서 혈액 속으로 들어가서 인체의 다른 부위에 이동한 후 다시 복제 모드로 되돌아가서 새로운 종양을 만들게 되는 듯하다.”

암세포가 주변 환경에 따라 공간 인식 민감도 높이거나 낮출 수 있어
이동이나 전이가 향상된 특징을 가진 암세포들이 진화하도록 하기 위해, 연구진은 우선 유방암 세포 표본을 자연선택 과정을 거치도록 했다. 약간의 암세포는 인체를 돌아다니며 이동하는 것을 흉내 낸 장애물 코스에 집어넣은 후, 가장 뛰어난 놈들은 골라서 이동성이 강력한 특징을 갖는 집단으로 분류했다. 나머지 암세포들은 종양이 형성되는 조직의 유형과 닮은, 작은 조각의 실험동물의 폐에서 성장해서 강력한 집락군을 형성하도록 놔두었다. 어떤 암세포를 다른 암세포보다 더 잘 이동하도록 만드는 것이 무엇인지를 알아내기 위해서, 이 2개 집단의 암세포의 차이점을 자세하게 밝히기 위해 그 2개 집단을 실험실에서 대조군과 비교해보았다.

컴퓨터 프로그램을 사용해서 플라스틱 접시에서 암세포들이 어떻게 행동하는지를 관찰하고 또 사람보다 훨씬 더 빠르게 암세포들의 모양과 움직임을 분석했다. 이동성이 뛰어난 집단의 암세포들은 더 밀접하게 뭉쳐져 있고 인접한 세포들을 피하기 위해 더 신속하게 모양을 바꾸는 것이 관찰되었고, 덜 복잡한 환경에서는 덜 빈번하게 모양을 바꾸었다. 이는 이들 암세포가 모든 환경에서 더 유능하기 위해 주변 환경에 따라 공간을 인식하는 민감도를 높이거나 낮출 수 있는 것을 시사한다.

연구진이 개발한 새로운 컴퓨터 비전 분석 방법들은 다른 상황에서도 사용될 수 있을 것이다. 예를 들면 혈전 형성을 측정하거나 정자 세포의 움직임을 추적하는데 사용될 수가 있을 것이다.

참조:
G. Butler et al., "A phenotypic switch in the dispersal strategy of breast cancer cells selected for metastatic colonization" Proc Biol Sci. 2020 Dec 9;287(1940):20202523. doi: 10.1098/rspb.2020.2523.