UC 산타크루즈 생체분자공학과 조교수 다니엘 김 박사 네이처 메디컬 엔지니어링 저널에 논문 발표돼 > 미국교계뉴스 USA News

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UC 산타크루즈 생체분자공학과 조교수 다니엘 김(한국명 김희보) 박사의 ‘암 환자의 혈장에서 반복적인 RNA 서열의 프로파일링’이라는 제목의 논문이 8월 31일 네이처 메디컬 엔지니어링에 발표됐다.

다니엘 김(Daniel Kim)박사와 그의 연구실은 게놈에서 잘 연구되지 않은 영역인 RNA “암흑물질”의 신호를 활용하는 보다 정확하고 강력한 액체 생검 기술을 개발하고 있다.

이번 네이처 바이오메디컬 엔지니어링 저널에 발표된 논문에서 김 교수 연구실은 혈액 속의 단백질을 암호화하는 RNA와 RNA 암흑물질을 모두 검출하는 RNA 액체생검 플랫폼을 개발해 이 새로운 접근법이 암 진단을 위한 액체생검 성능을 크게 향상시킨다는 사실을 보여줬다. 

연구된 논문에서 암은 초기 단계에서 가장 치료가 가능하기 때문에 암을 조기에 진단할 수 있는 혁신적이고 비침습적인 방법을 찾는 것이 질병과 싸우는 데 중요하다. 간단한 채혈만 하면 되는 액체 생체 검사는 환자 혈액의 DNA 또는 RNA 염기서열을 사용하여 암을 비침습적으로 검사하는 새로운 기술이라고 설명되었다.

생체 분자 공학의 다니엘 김 조교수와 그의 연구실은 게놈의 연구가 덜 된 영역인 RNA "암흑 물질"의 신호를 이용하는 더 정확하고 강력한 액체 생검 기술을 개발하고 있다. 김박사의 새로운 연구는 이 유전 물질이 암에 걸린 사람들의 혈액에 존재하고 췌장, 폐, 식도, 그리고 다른 것들과 같은 특정한 암 유형들을 질병의 초기에 진단하는 것을 확인할 수 있다는 것을 보여준다.

대부분의 연구원들과 회사들이 암 진단을 위해 DNA 기반의 액체 생검을 추구하고 있지만, Kim의 접근 방식은 RNA "암흑 물질", 특히 비코딩과 반복 RNA에 초점을 맞춘다는 점에서 독특하다.

인간 게놈을 구성하는 30억 개의 DNA 염기쌍의 대부분은 RNA로 전사되며, 모든 RNA는 총칭하여 전사체로 알려져 있다. RNA의 가장 일반적으로 알려진 기능은 신체의 단백질을 코딩하는 것이지만, 인간 게놈의 75%는 단백질을 코딩하지 않는 비코딩 RNA를 생성한다. 이러한 비코딩 RNA의 상당 부분은 반복적인 요소에서 파생되며, 이러한 RNA는 그들이 기원한 세포에서 나와 혈류로 이동할 수 있다. 건강한 개인의 혈액은 일반적으로 이러한 반복적인 비코딩 RNA가 거의 없을 것이다. 하지만, 김 박사의 연구는 암의 초기 단계에서도, 이러한 반복적인 RNA의 많은 부분이 암 세포 밖으로 분비되어 초기 단계 질병의 강력한 생체 지표가 된다는 것을 보여주었다.

김 박사의 연구소에서 개발한 RNA 액체 생검 기술은 단백질 코딩과 반복적인 비코딩 RNA의 존재를 검사하기 위해 환자의 혈액에서 "세포가 없는 RNA"의 염기서열을 분석하여 암을 발견하는 것을 목표로 한다. 

이 연구실은 일반적으로 간과되는 반복적인 비코딩 RNA를 식별하기 위해 COMPLETE-seq라고 불리는 세포가 없는 RNA 시퀀싱 및 분석 플랫폼을 만들었습니다. 환자의 혈액을 채취한 후에, 이 포괄적인 접근법은 이미 잘 문서화된 수만 개의 RNA와 김의 연구실이 또한 중점적으로 다루는 5백만 개의 비코딩 반복 요소 모두를 포함하여 전사체의 주석이 달린 모든 영역에 대한 샘플을 분석한다.

김  박사는"만약 여러분이 이 다른 암들을 본다면, 각각의 특징적인 세포가 없는 RNA 프로파일을 가지고 있지만, 이 RNA들의 많은 부분은 게놈 전체에서 발견되는 수백만 개의 반복적인 요소들로부터 온다" 라며 "우리가 발견한 것은 암 분류를 위한 기계 학습 모델을 훈련시켰을 때, 이러한 반복적인 세포가 없는 RNA를 추가적인 특징으로 도입했을 때 모델이 더 잘 수행된다는 것이다. 우리는 암을 발견하는 면에서 더 높은 민감도를 보고 있기 때문에, 우리는 이러한 반복적인 요소들이 실제로 사람들이 이전에는 찾지 못했던 풍부한 세포 없는 RNA 정보를 제공하고 있다고 생각한다"고 말했다.

기존의 다른 액체생검 검사는 종양 크기가 작아 생물학적 신호가 낮을 때 일부 검사는 I기 암의 75%까지 누락되는 등 초기 암에 대해 그다지 민감하지 않았다. Kim의 논문은 반복적인 RNA를 액체 생검 플랫폼에 통합하면 생물학적 신호가 크게 증가하고 암을 식별하는 기계 학습 모델의 성능이 향상된다는 것을 보여준다. 예를 들어, COMPLETE-seq를 사용하면 대장암을 식별하기 위한 91% 민감도로 성능이 향상되었다.

김 박사는 "우리 연구의 가치는 우리가 질병을 진단하기 위해  이러한 반복적인 요소들의 잠재력을 보여줬다는 것이다,  그래서 바라건대 이러한 다중 암  조기 발견 테스트의 민감도를 높이기 위해 반복적인 RNA를 활용하는 것에  많은 관심이 있을 것입니다,"라고 말했다.

연구 결과는 이 기술이 다양한 암 유형을 식별하는 데 사용될 수 있다는 것을 보여준다. 연구소는 초기에 췌장암 조기 발견이 시급하고, 늦게 발견하면 환자에게 더 나쁜 결과를 초래하기 때문에 이 연구를 위해 췌장암에 초점을 맞췄다. 췌장암 역시 KRAS 유전자의 돌연변이가 원인인 것으로 알려져 있는데, 이 역시 김 교수 연구실의 관심사다. 

연구원들은 췌장암의 발견을 확인한 후, 다양한 다른 암들도 조사했고, 암의 진행 단계에 걸쳐 추가적인 샘플로 더 많은 암 유형을 조사할 계획이다. 이 팀은 이를 위해 임상의 및 회사와 협력하는 데 관심이 있다.

김 박사의 목표는 반복적인 RNA의 풍부한 정보를 이용하여 높은 민감도와 특이성으로 질병을 식별하고 진단하는 다중 암 조기 발견을 위한 RNA 액체 생검 테스트를 개발하는 것이다. 

김 박사는 그의 플랫폼이 암을 초기 단계에서 진단할 뿐만 아니라 암이 더 치료 가능할 때 개별화되고 정확한 치료 전략을 안내하는 데 도움이 되기를 희망한다. 게다가, 그의 테스트는 암의 재발을 식별하는 데 도움이 될 수 있고, 노화를 연구하고 알츠하이머병과 같은 반복적인 RNA 환경을 변화시키는 다른 유형의 질병을 진단하는 데 사용될 수 있다. 그는 최근 RNA를 사용한 질병의 조기 발견과 정확한 치료에 대한 비전을 제시하는 "RNA를 통한 모든 것을 위한 정밀 건강"에 대한 UCSC Kraw 강의를 했다.

연구원들은 또한 혈액 속에 떠 있는 세포가 없는 RNA를 읽기 위해 나노포어 염기서열 분석을 사용했는데, 이것은 그들이 긴 읽기를 생성하고 이 세포가 없는 RNA의 실제 길이를 결정할 수 있게 해주었다. 김 교수는 자신의 연구실이 UC 산타 크루즈에서 개척한 기술인 나노포어 염기서열 분석을 이용해 암을 진단하고 세포가 없는 RNA의 전체 길이를 측정한 최초의 연구실이라고 믿고 있다. 나노포어 시퀀싱은 MinION이라고  불리는 옥스포드 나노포어 테크놀로지가 개발한 휴대용 장치에서 수행할 수 있다. 이는 더 크고 값비싼 시퀀서를 쉽게 사용할 수 없는 원격 또는 자원이 부족한 환경에서 암 선별을 수행할 가능성이 있다.

김 박사는 "이 연구는 미국  암학회와 그 모든 관대한 기부자, 지도력, 직원, 자원봉사자들의 강력한 지원과 내  박사과정 학생인 로만 레기아르도 (현재 스탠포드 대학  HHMI 조사관 하워드 창의 연구실에서  NIHF99/K00 펠로우)와 우리의 모든 연구소 회원들의  노력이 없었다면 불가능했을 것"이라 말했다.

김 박사는 줄기세포생물학연구소, 유전체학연구소, UC산타크루즈 RNA분자생물학센터와 연계된 배스킨 공학대학원 조교수로 재직하고 있을 뿐만 아니라 스탠포드 암조기발견 카나리아센터의 부교수이자 연구원이기도 하다. 

한편 다니엘 김 박사의 아버지 김석원 목사는 지난 1992년 주기도문 해설서인 ‘기도의 신학’을 펴낸 개혁주의 기도신학자로 알려져 있다.

국제기도공동체(GPS, Global Prayer Society) 설립자로도 알려져 있으며 미국 올랜도 충현장로교회에서 25년 동안 목회를 해와 미주 한인들에게도 잘 알려진 인물이다.