공구 교수(한양대학교) 연구팀이 에스트로겐 수용체* 양성 유방암을 표적 치료하는 항호르몬 치료제*에 대해 내성을 유발하는 새로운 유전자를 발견했다라고 과학기술정보통신부(장관 유영민)는 밝혔다.
    * 에스트로겐 수용체 : 세포 핵 내에서 여성 호르몬인 에스트로겐과 결합하여 호르몬 효과를 매개하는 수용체로서 유방암의 70%는 에스트로겐 수용체 양성임.
    * 항호르몬 치료제: 에스트로겐 수용체 양성 유방암을 대상으로 에스트로겐 활성을 억제하여 유방암 증식을 막는 치료제

이 연구는 암연구 분야의 세계적 저명 학술지 미국 국립 암연구소 학술지(Journal of the National Cancer Institute) 10월 12일자에 온라인판으로 게재되었다.
    ※ 논문명 : Role of RBP2-Induced ER and IGF1R-ErbB Signaling in Tamoxifen Resistance in Breast Cancer
    ※ 저자정보 : 공 구 교수 (한양대학교 의과대학), 최희주 박사(한양대학교 바이오생명 의약연구소), 이정연 박사 (한양대학교 바이오생명의약연구소)      

에스트로겐 수용체 양성 유방암*은 전체 유방암의 약 70%로 높은 비중을 차지하고 있으며 그 중 20-30%는 치료에 대한 내성이 생겨 어려움을 겪고 있지만 현재까지 정확한 재발의 기전 및 치료법 등이 밝혀지지 않았다.
    * 에스트로겐 수용체 양성 유방암 : 에스트로겐에 의해 종양증식을 하는 유방암 종류

연구팀은 임상의료 정보 분석 및 동물실험을 통해 RBP2* 유전자의 활성이 에스트로겐 수용체 양성 유방암에서 항호르몬 치료제의 내성을 유발하며 RBP2 유전자 활성 억제가 항호르몬 치료제의 내성을  극복시킨다는 사실을 최초로 밝혔다. 
    * RBP2 : 염색체 구조를 촘촘하게 만들어 유전자 발현을 억제하는 유전자

공구 교수는 “이번 연구결과를 바탕으로 유방암의 약 70%에 차지하는 에스트로겐 수용체 양성 유방암 치료에 RBP2 유전자가 유용하게 사용될 것이며, 현재 개발 중에 있는 RBP2 활성 저해제가  에스트로겐 수용체 양성 유방암의 치료 내성에 대한 표적 정밀 치료제가 될 수 있을 것으로 생각한다”라고 연구 의의를 밝혔다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업(개인연구)의 지원을 받아 수행되었다.

□ 논문명, 주저자정보
  - 논문명 : Role of RBP2-Induced ER and IGF1R-ErbB Signaling in Tamoxifen Resistance in Breast Cancer
  - 저자 정보 : 최희주, 주형석, 원희영, 민경환, 김형용, 손태권, 오영하, 이정연, 공구

□ 논문의 주요내용

 1. 연구의 필요성
○ 유방암의 대부분을 차지하는 에스트로겐 수용체 양성 유방암의 경우 항호르몬 치료제에 잘 반응하나, 20-30% 환자가 치료제에 대한 내성이 발생하는 것으로 알려져 기전 및 치료법에 대한 연구가 필요하다.
 

2. 연구내용
○ 임상의료 정보 분석을 통해 항호르몬 치료제인 타목시펜(tamoxifen)에 내성이 생긴 유방암 환자에서 RBP2 유전자가 증가 되어 있음을 확인하였다. 또한 동물실험을 통해 에스트로겐 수용체 양성 유방암 생쥐 모델에서 RBP2 유전자 활성억제는 타목시펜의 감수성과 연관이 있었으며 RBP2 유전자 활성은 타목시펜 내성과 연관이 있음을 증명하였다.

○ 항호르몬 치료제 내성 기전으로 RBP2 유전자가 에스트로겐 수용체의 보조 활성조절인자(co-activator)인 p300 또는 보조 억제조절인자(co-repressor)인 NRIP1/HDAC1와 복합체를 형성하여, 타목시펜 내성 관련 유전자를 조절하였다. RBP2 유전자는 인슐린유사생장인자수용체(IGF1R)*의 저해 인자로 알려진 IGFBP4와 IGFBP5*의 발현을 저해하여 인슐린유사생장인자수용체(IGF1R)의 활성을 촉진했다.
* 인슐린유사생장인자수용체 : 인슐린 유사인자와 결합하여 세포내로 증식, 분화, 암화 등에 관여하는 신호를 전달하는 수용체.
* IGFBP4, IGFBP5 : 인슐린 유사인자와 결합하여 인슐린유사생장인자수용체의 활성을 저해하는 단백질.

○ 항호르몬 치료 내성기전으로 RBP2가 유전자 종양 증식 인자로 알려진 상피증식인자수용체(EGFR/HER2)*의 활성을 증가시킴을 확인하였다.
* 상피증식인자수용체: 세포의 증식, 분화, 암화 등에 관여하는 중요한 단백질 군. 세포성장 인자들과 결합하여 세포 증식, 분화등의 신호를 세포내로 전달함. EGFR, HER2, ErbB3, ErbB4 등이 속함.

○ 결론적으로 RBP2 유전자에 의해 활성화된 인슐린유사생장인자수용체 (IGF1R)와 상피증식인자수용체(EGFR/HER2)가 공통적 하위 기전인 AKT* 활성을 통해 항호르몬 치료 내성을 유발하는 기전을 확인하였다.
* AKT: 단백질인산화효소 B. 인산화를 통해 활성화하여 세포내 생존, 증식, 대사조절, 종양증식 등에 관여하는 인자.

3. 연구 성과
○ 에스트로겐 수용체 양성 유방암에서 RBP2를 통한 유방암 치료제 내성 조절 기전을 밝힘으로서 항호르몬 치료제대한 내성에 대한 분자 진단 및 표적 정밀 치료 가능성을 제시하였다.

연 구 결 과  개 요

 1. 연구배경
 ㅇ 여성 호르몬 의존적으로 발병하는 대부분의 유방암을 앓고 있는 환자는 항호르몬 치료를 통해 좋은 예후를 갖는 것으로 보이나 그 중 20-30%는 치료에 대한 내성이 발생하여 재발을 겪게 된다. 재발한 유방암의 경우 예후가 몹시 불량하며 뚜렷한 재발의 기전 및 치료법 등이 잘 알려져 있지 않다.
 ㅇ 후성 유전적 조절인자 중 하나인 RBP2는 유방암에서 높은 비율로 증폭되어 있으며 유방암의 증식과 전이에 영향이 있는 것으로 제시되었으나 유방암에서 가장 높은 비율로 존재하는 에스트로겐 수용체 양성 유방암에서의 역할에 대해서 밝혀지지 않았다.
 2. 연구내용
 ㅇ 임상 의료 정보 분석을 통한 RBP2와 항호르몬 치료제 타목시펜(tamoxifen)내성 연관성 규명.
    유방암 임상 정보 코호트에서 유전체 및 의료 정보 빅데이터 분석을 통해 타목시펜 치료를 받은 RBP2 양성 환자군이 대조군에 비해 무재발생존률(Disease-free survival)이 나쁜 것을 확인하였다. 한양대학교에서 치료 받은 유방암 환자에서도 RBP2 양성 환자군의 10년 무재발생존률이 80.4%로 대조군(96.6%)비해 나빴으며, 항호르몬 치료를 받은 환자군 중 RBP2 양성 유방암 환자군의 5년 재발률이 약 27%로 대조군(약 3%)보다 9배 높았다. 뿐만 아니라, 항호르몬 치료 후에 재발한 환자의 91.7%가 RBP2 양성으로 확인되었다.(그림 1)
 ㅇ 실험동물모델에서 RBP2의 타목시펜 내성 유발 효과 규명.
    에스트로겐 수용체 양성 유방암 생쥐 모델에서 RBP2 유전자의 활성에 따른 항호르몬 치료 내성을 확인한 결과, RBP2 유전자 양성군은 항호르몬 치료제 타목시펜(tamoxifen)을 투여 시, 대조군에 비해 약 5.8배 종양 증식을 보이는 치료제 내성을 보였다(그림 2A). 반대로 항호르몬 치료제 타목시펜(tamoxifen)에 대한 내성을 갖고 있는 유방암은 RBP2 유전자 활성 억제를 통해 종양의 크기가 76% 감소하는 항암 효과를 보였다(그림 2B).
 ㅇ RBP2의 항호르몬 치료 내성 기전 규명.
   - 유전체 분석 기법을 이용한 RBP2의 항호르몬 치료 내성 기전 분석
RBP2의 항호르몬 치료 내성 기전을 규명하기 위해 RNA-sequencing을 수행하였고 RBP2에 의해 변화한 유전자(3479개)와 에스트로겐 수용체의 타겟(6204개) 또는 타목시펜 내성 유전자(6052개)를 비교, 분석하였다. 548개의 공통 유전자의 변화를 확인하였다(그림 3A). RNA-sequencing의 결과를 유전체 연관성 분석 기법(Gene Set Enrichment Analysis)을 이용하여 에스트로겐 반응 유전자와 타목시펜 내성 유전자와의 관련성을 입증했다(그림 3B). 주요 유전자로서 NRIP1, CCND1, IGFBP4 그리고 IGFBP5를 발견했다 (그림 3C).
   - RBP2의 항호르몬 내성에 인슐린유사생장인자수용체(IGFR1)활성 저해 기전 규명
RBP2가 에스트로겐 수용체(ER)/NRIP1/HDAC1로 이루어진 전사 저해 복합체와 결합하여 인슐린유사생장인자수용체(IGF1R)의 저해인자인 IGFBP4와 IGFBP5를 감소시켰다. 결과적으로 RBP2는 에스트로겐 수용체 활성을 통해 인슐린유사생장인자수용체(IGF1R)의 활성을 증가 시켰다.(그림 4)
   - RBP2의 항호르몬 내성에 RBP2에 의한 상피증식인자수용체 활성과 AKT 활성기전 규명
RBP2는 IGFBP4와 IGFBP5의 전사 억제를 통한 인슐린유사생장인자수용체(IGF1R)의 활성을 촉진할 뿐만 아니라 RBP2의 상피증식인자수용체( EGFR.HER2)의 활성을 통한 공통 하위기전인 AKT의 활성 촉진을 확인하였다. 종합적으로 RBP2는 에스트로겐 수용체와 리셉터 티로신 인산화 효소의 활성을 통해 항호르몬 치료 내성을 유발한다.(그림 5)
 3. 기대효과
 ㅇ 에스트로겐 수용체 양성 유방암의 항호르몬 치료 내성에 대한 분자 진단 및 표적 정밀 치료 가능성을 제시하였다. 

★ 연구 이야기 ★

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

호르몬 양성 유방암의 경우 유방암 전체의 약 70%에 해당되며 항호르몬 치료제를 통한 치료가 가능하다고 알려져 있으나 약 20-30%의 환자의 경우 치료에 대한 내성을 보이며 좋지 않은 예후를 보인다. 호르몬 양성 유방암에서 유전적 변이가 있는 다양한 유전자들의 역할을 연구하던 중 높은 증폭이 있으나 그 역할이 밝혀지지 않은 RBP2의 기능에 흥미를 갖고 연구하게 되었다.

□ 연구 전개 과정에 대한 소개

항호르몬 치료제 내성에서의 RBP2 유전자 역할을 확인하고자 유방암 세포를 이용한 실험, 동물 실험 및 세계적 유전체 빅데이터 분석과 한양대학교 병원에서 수술한 환자 샘플을 이용한 재발률 검사까지 다학제간의 연구를 진행하였다. 뿐만 아니라 효과적인 치료 기전을 찾기 위해 RBP2 유전자를 증가시킨 유방암에서의 유전체 분석(RNA-sequencing) 기법을 이용하였으며 기전을 하위 기전 저해제를 이용하여 증명하였다. 이러한 연구 결과는 항호르몬 치료 내성에 대한 RBP2 유전자 분자 진단에 적용 가능할 것으로 예상되며, 내성 치료을 위해 RBP2 유전자의 저해제를 개발 중에 있다. 이런 결과로, RBP2 유전자을 이용한 유방암 정밀 진단 및 표적 치료 저해제에 관해 특허출원을 하였다.

□ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소가 있었다면 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

후성 유전적 조절인자로 알려진 RBP2는 탈메틸화 효소로서의 역할 뿐 아니라 비효소적 기전을 통해 항호르몬 치료제 타목시펜(tamoxifen)에 대한 내성을 증가시켰다. 아직까지 RBP2의 효소적 역할 뿐 아니라 비효소적 역할까지 저해하는 저해제는 개발되지 않아 RBP2 표적 항암제의 정확한 효과를 확인할 수 없었지만, RBP2 조절 기전의 하위 기전인 AKT 활성 저해제를 통해 그 효과를 확일 할 수 있었다. 추가적 연구를 통해 개발 중인 RBP2 표적 저해제가 더 나은 유방암 내성에 대한 해결방안이 되어줄 것으로 예상된다.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

유방암에서의 증폭 및 생장, 전이에서만 한정적 역할이 알려진 RBP2 유전자의 역할을 항호르몬 치료 내성에서 처음 증명함으로서, RBP2 유전자를 에스트로겐 수용체 양성 유방암의 새로운 치료 및 진단 표적으로 제시하였다.

□ 꼭 이루고 싶은 목표와 향후 연구계획은?

이번 연구를 통해 항호르몬 치료제 내성을 극복하는 실제적 치료 기반을 RBP2 유전자를 통해 제시하고자 한다. 현재 개발 중인 RBP2 활성 저해제을 통한 유방암 치료 내성의 표적 정밀 치료제 연구를 진행하고자 한다.

용 어 설 명
1. RBP2 유전자
ㅇ 염색체 구조를 촘촘하게 만들어 유전자 발현을 억제하는 유전자.

2. 에스트로겐 수용체 양성 유방암
ㅇ 에스트로겐에 의한 종양증식을 하는 유방암 종류

3. 항호르몬 치료
ㅇ 유방암의 70-80%을 차지하는 에스트로겐 수용체 양성 유방암 환자들을 대상으로 실시하는 항암 치료법. 주로 에스트로겐-에스트로겐 수용체 간의 결합을 저해하거나, 에스트로겐 합성 또는 에스트로겐 수용체의 발현을 억제하는 약물들을 사용함.

4. 항호르몬 치료제 타목시펜(Tamoxifen)
ㅇ 현재까지 유방암 치료에 가장 널리 알려진 항호르몬 치료 항암제로서, 항에스트로겐 약제로 분류되며, 에스트로겐과 에스트로겐 수용체 간의 결합을 방해하여 유방암의 증식을 억제하는 효과를 나타냄.

5. 인슐린유사생장인자수용체
ㅇ 인슐린 유사인자와 결합하여 세포내로 증식, 분화, 암화 등에 관여하는 신호를 전달하는 수용체.

6. IGFBP4, IGFBP5
ㅇ 인슐린 유사인자와 결합하여 인슐린유사생장인자수용체의 활성을 저해하는 단백질.

7. 상피증식인자수용체
ㅇ 세포의 증식, 분화, 암화 등에 관여하는 중요한 단백질 군. 세포성장 인자들과 결합하여 세포 증식, 분화등의 신호를 세포내로 전달함. EGFR, HER2, ErbB3, ErbB4 등이 속함.

8. AKT
ㅇ 인산화를 통해 활성화하여 세포내 생존, 증식, 대사조절, 종양증식 등에 관여하는 인자.

그 림 설 명

<그림1> 임상 의료 정보 분석을 통한 RBP2와 항호르몬 치료제 타목시펜(tamoxifen)내성 연관성 규명
(A)한양대 병원에서 2000년부터 2009년까지 수술 받은 에스트로겐 수용체 양성 유방암 환자 중 타목시펜(tamoxifen)을 투여 받은 유방암 환자(85명)을 대상으로 RBP2 발현에 따른 유방암 무재발 생존률은 RBP2 양성에서 80.4%로 RBP2 음성 96.6%보다 예후가 나빴으며, (B)재발 양상을 분석한 결과 RBP2 양성 유방암의 경우 재발율이 약 27%로 RBP2 음성 유방암 환자에 비해 높은 양상을 보였다. (C)특히, 재발하는 환자군의 91.7%가 RBP2 양성 유방암에 해당되었다.

<그림2> 실험동물모델에서 RBP2의 타목시펜 내성 유발 효과 확인
(A)에스트로겐 수용체 양성 유방암 동물 모델에서 RBP2 유전자 증가는 항호르몬 치료제 타목시펜(tamoxifen) 내성을 유발하며 종양의 크기가 대조군에 비해 약 5.8배 높은 것으로 보였다. (B)반면에 RBP2 유전자 활성 저해로 항호르몬 치료제 타목시펜(tamoxifen)에 대한 내성을 갖고 있는 유방암에서 항암 치료의 효과를 76% 증가시키는 항암 효과를 보였다.

<그림3> 유전체 분석 기법을 이용한 RBP2의 항호르몬 치료 내성 기전 분석
(A)항호르몬 치료 내성 기전을 규명하기 위해 RNA-sequencing을 수행하였고 RBP2에 의해 변화한 유전자(3479개)와 에스트로겐 수용체의 타겟(6204개) 또는 타목시펜 내성 관련 유전자(6052개)를 비교하여 548개의 공통 유전자의 변화를 확인하였다. (B)유전체 연관성 분석 기법(Gene Set Enrichment Analysis)을 이용하여 에스트로겐 반응 유전자와 타목시펜 내성 유전자와의 관련성을 입증했다. (C)주요 유전자로서 NRIP1, CCND1, IGFBP4 그리고 IGFBP5를 발견했다.

<그림4> RBP2의 항호르몬 내성에 인슐린유사생장인자수용체(IGF1R)활성 저해 기전 규명
RBP2가 에스트로겐 수용체(ER)/NRIP1/HDAC1로 이루어진 전사 저해 복합체와 결합하여 유전자의 프로모터에서 H3ac와 H3K4me2/me3의 이탈 증가를 통해 인슐린유사생장인자수용체(IGF1R)의 저해인자인 IGFBP4와 IGFBP5를 감소시켰다. 결과적으로 RBP2는 에스트로겐 수용체 활성을 통해 인슐린유사생장인자수용체(IGF1R)의 활성을 증가 시켰다.

<그림5> RBP2의 항호르몬 내성에 RBP2에 의한 상피증식인자수용체 활성과 AKT 활성기전 규명
RBP2는 에스트로겐 수용체(ER)/NRIP1/HDAC1 전사 저해 복합체와 함께 결합하여 IFBP4와 IGFBP5의 전사 억제를 통한 인슐린유사생장인자수용체(IGF1R)의 활성을 촉진한다. 뿐만 아니라 RBP2의 상피증식인자수용체(EGFR/HER2)의 활성을 통한 공통 하위기전인 AKT의 활성 촉진을 확인하였다. 종합적으로 RBP2는 에스트로겐 수용체와 리셉터 티로신 인산화 효소의 활성을 통해 항호르몬 치료 내성을 유발한다.

공구 교수[교신저자] 이력사항

1. 인적사항
ㅇ 소  속 : 한양대학교 의과대학 병리학교실
ㅇ 전  화 : 02-2290-8251, 2220-0630

2. 학력
ㅇ 1996 – 2000 한양대학교 의과대학 의학(병리학) 박사
ㅇ 1988 – 1992 한양대학교 의과대학 의학(병리학) 석사
ㅇ 1982 – 1988 한양대학교 의과대학 의학사

3. 주요 경력사항
ㅇ 2015 – 2017 국가 과학 심의위원회 생명 의료 전문 위원
ㅇ 2011 – 현재 한양대학교 암 맞춤 의학 센타장
ㅇ 2005 – 2007 민주평화 통일 대통령 자문회의 상임위원(보건복지 분과)

4. 수상실적
ㅇ 2016  근정포장 (보건 기술 진흥 유공자)
ㅇ 2011. 5  한양대학교 최우수교수상

5. 연구지원정보 
ㅇ 2015 ~ 2018 과학기술정보통신부 기초연구지원사업(개인연구)

이정현[교신저자] 이력사항

1. 인적사항
ㅇ 소  속 : 한양대학교 바이오생명의약연구소/
         한양대학교 의과대학 병리학 교실
ㅇ 전  화 : 02-2290-8247, 02-2220-0634

2. 학력
ㅇ 2006 – 2009 한양대학교 대학원 의생명과학과 분자종양학 전공 이학박사
ㅇ 2004 – 2006 한양대학교 대학원 의생명과학과 분자종양학 전공 이학석사
ㅇ 2000 – 2004 건국대학교 이과대학 생명과학과 이학사

3. 경력
ㅇ 2009 – 현재 한양대학교 바이오생명의약연구소 연구조교수

4. 수상실적
ㅇ 2012. 5  한국 생화학 분자생물학회, best research award
ㅇ 2009  한국 분자세포 생물학회, 우수박사학위논문상
ㅇ 2007  미국 암 학회(AACR) 젊은 과학자상

최희주[제1저자] 이력사항

1. 인적사항
ㅇ 소  속 : 한양대학교 맞춤의료학과/
         한양대학교 의과대학 병리학 교실
ㅇ 전  화 : 02-2290-8247, 02-2220-0630

2. 학력
ㅇ 2014 – 2017 한양대학교 대학원 맞춤의료학과 분자종양학 전공 이학박사
ㅇ 2012 – 2014 한양대학교 의생명공학전문대학원 의생명과학과 이학석사
ㅇ 2007 – 2012 한양대학교 분자생명과학과 이학사

3. 경력
ㅇ 2017 – 현재 한양대학교 바이오생명의약연구소 Post-Doc.