독해자료 [편입시험에 자주 등장하는 소재] 과학 / 암

Scientists reveal the most extensive genetic map of cancers ever made

Perhaps more than any other, cancer is seen as a disease of genes gone wrong. So, as genetic-sequencing technology has become cheaper and faster, cancer scientists are using it to check which changes to genes cause tumours to spread.

The latest insights from one group, the international Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (pcawg), are revealed this week in Nature. In an analysis of the full genomes of 2,658 samples of 38 types of tumour taken from the bladder to the brain, the researchers give a blow-by-blow account of how a series of genetic mutations can turn normal cells into runaway clones. It provides the most comprehensive analysis yet of where to find this damaging disruption to dna and, by unpicking the genetics of what makes cancer tick, just how hard it will be to tame.

For each of the cancer samples, the team produced a read-out of the tumour genome—the 3bn or so individual dna letters—and compared it with the genome sequences of healthy cells taken from the same patients. In this way they could look for the genetic signatures of the cancer cells, where specific mutations had warped the genetic information.

Most mutations in the genome are harmless. But driver mutations, where genetic changes cause a cell to multiply more easily and faster than other cells, can trigger tumour growth. Many driver mutations have been found over the past decade and a handful have been translated into new medicines. In a fifth of breast cancers (pictured), for example, a driver mutation in the gene her2 makes cells produce more of a protein on their surface that encourages them to grow and divide out of control. A series of drugs, including Herceptin, target this protein, and lead to significantly improved survival rates. The same her2 mutation also appears in some lung cancers, raising hopes that similar therapies could work against that disease.

The problem is that most cancers have multiple driver mutations. Indeed, the pcawg work found that on average each cancer genome carried four or five. And with some clever genetic archaeology they also found that some driver mutations can occur years before symptoms appear.

To discover this, researchers used a new concept called “molecular time” to reconstruct the cellular evolution of tumour cells. By comparing the dna of cells within tumours, the researchers could place mutations in chronological order based on how many cells they appeared in. Earlier mutations occur more frequently. For example, driver mutations in a gene called tp53 were found to have originated at least 15 years before diagnosis in types of ovarian cancer, and at least five years before in types of colorectal and pancreatic cancer. Driver 

mutations in a gene called cdkn2a were found to have occurred in some lung cancers more than five years before diagnosis. In theory, that provides a window in which to find people at risk of developing these diseases, and perhaps prevent the cancer ever appearing.

Insights are all very well, but what about cold, hard clinical progress? Turning genome sequences into meaningful predictors of cancer will require comparisons between samples from tens of thousands of patients, say the researchers, along with data on their treatments and survival rates. Processing this would be beyond the reach of any single organisation. Instead, a follow-up project is planned that includes national funding agencies, charities and corporate partners from more than a dozen countries around the world. It aims to link full sequences of 200,000 cancer patients to their clinical data by 2025.

어휘 tumour 종양 bladder 방광 mutation 돌연변이, 변화, 변천 runaway 달아난, 제멋대로 가는, 제어가 안되는, 걷잡을 수 없는 warp 휘게 하다, 뒤틀다, 비뚤어지게 하다, 왜곡하다, 일탈시키다 handful 한 줌, 소량, 소수

해석 암은 다른 어떤 질병보다 유전자가 비정상적인 질병으로 여겨진다. 유전자 배열 기술이 더 저렴하고 빨라짐에 따라, 암 과학자들은 이 기술을 사용하여 종양 확산의 원인이 되는 유전자의 변화를 조사하고 있다.

the international Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (pcawg)은 네이처지를 통해 최신 통찰을 발표하였다. 방광에서 뇌로 채취된 38종의 종양 2658개의 전 게놈을 분석하면서, 연구자들은 일련의 유전자 변이가 정상 세포를 어떻게 제어되지 않는 클론으로 바꾸는지에 대해 자세히 설명하고 있다. DNA 어디서 이러한 파괴를 발견하고 암을 유발하는 유전자를 밝혀내 그것이 다스리기가 얼마나 어려운지에 대해 가장 포괄적으로 분석하고 있다.

각각의 암 샘플에 대하여 pcawg는 종양 게놈 판독(약 3bn개의 dna 문자)을 작성하여 같은 환자에게서 채취한 건강한 세포의 게놈 배열과 비교하였고, 이렇게 해서 그들은 특정 돌연변이로 인해 유전 정보가 왜곡된 암세포의 유전자적 특징을 찾아낼 수 있었다.

대부분의 게놈의 돌연변이는 무해하다. 그러나 유전자의 변화에 의해서 세포가 다른 세포보다 간단하고 빠르게 증식하는 드라이버 변이는 종양의 성장을 일으킨다. 지난 10년간 많은 드라이버 변이가 발견되었고, 얼마되지 않는 드라이버가 신약으로 개발되었다. 유방암 5분의 1을 예로 들자면, 유전자 her2의 드라이버 돌연변이는 표면에서 제어와 성장을 고무하는 단백질의 생산량을 늘린다. 헬셉틴을 비롯한 일련의 약들은 이 단백질을 표적으로 삼아 생존율이 대폭 향상시킨다. 같은 her2변이가 여러 폐암에서 나타나는 것과 비슷한 치료법이 암에 효과가 있을 것으로 예상된다.

문제는 대부분의 암에 여러 드라이버 변이가 있다는 것이다. PCAWG는 이 연구를 통해 한 개의 암 게놈이 평균 4~5개씩 유전자를 가지고 있다는 것을 밝혀냈다. 몇몇 교묘한 유전 고고학자들도 암의 증세가 나타나기 몇 년 전부터 드라이버 변이가 일어나는 것을 발견했다. 

이를 발견하기 위해 연구자들은 '분자시간'이라 불리는 새로운 개념을 사용하여 종양세포의 세포진화를 재구축했다. 종양 내 세포의 dna를 비교함으로써, 연구자들은 그것들이 출현한 세포의 수에 따라 연대순으로 돌연변이를 일으킬 수 있었다. 암 초기에는 돌연변이가 생성이 매우 잦은데, 예를 들면 tp53이라는 유전자의 드라이버 변이는 난소암을 진단하기 적어도 15년전에, 그리고 대장암과 췌장암을 진단하기 적어도 5년전에 발생한 것으로 나타났다. cdkn2a라고 하는 유전자의 드라이버 변이는 진단하기 5년 이전에 몇몇의 폐암에서 발생한 것으로 밝혀졌다. 이론적으로는 이러한 질병에 걸릴 위험이 있는 사람을 찾아내고, 암에 걸리지 않게 하는 창구를 제공하는 것이다.

통찰은 잘 진행 되었지만, 차갑고 엄격한 임상과정은 어떠한가? 연구자들은 게놈 배열을 암의 유의한 예측인자로 바꾸려면, 수만 명의 환자 샘플을 치료법이나 생존율 데이터와 함께 비교할 필요가 있다고 말한다. 이것을 처리하는 것은, 1개의 조직에서는 실현될 수 없다. 대신, 전 세계 10여 개국의 국가적 자금기관, 자선단체, 기업 파트너를 포함한 후속 프로젝트가 계획되어 있으며, 2025년까지 20만 명의 암 환자 전 배열을 임상 데이터와 결부시키는 것을 목표로 하고 있다.

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