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K-BioX 4회 세미나 Q&A- 총정리, 보충 자료 Liquid Biopsy for cancer management
등록일 Nov 02,2020 | 작성자 fghj6280
Q

KBioX 4회차 Liquid biopsy for cancer management

1)세미나 내용(전공)에 대한 질문

-질문1) 순천향의생명연구원 조계원 교수님: extra vesicle에서 exosome부분에서 흥미롭게 들었는데, single cell exosome도 있지만 liquid Biopsy를 할 때 EV에서 추출한 exosome은 cellular origin에 따라서 mixed된 information이다. EV자체에서 cellular origin을 분류할 수 있는 방법이 있는지, 고안해야 될 방법이 있는지 궁금합니다.

 

-답변1) 하버드 의대 이학호 교수님: 좋은 질문입니다. 이 field(exosome뿐 아니라 모든 Liquid Biopsy)에서 어떤 marker가 왔을 때, 이것이 어디에서 왔는지를 아는 것이 큰 화두라고 할 수 있습니다.

exosome같은 경우에는 어디에서 왔는지를 알기 위해 공동연구를 하였는데, 인간 장기(뇌, 심장, 폐, 신장 등)에서 나오는 exosome을 추출해서 proteomics를 분석했습니다. 이렇게 각각의 장기에서 나오는 protein들을 확보해서 exosome이 어디에서 나왔는지 유래를 알 수 있을 것이라 추정하고 있지만 유효한지 검증이 필요합니다. 이와 관련해서 다른 분야에서는 CT DNA의 경우 methylation 정보를 이용해서 장기의 유래를 알아낸다는 논문도 있긴 하지만 아직은 open question이라고 할 수 있습니다.  

 

 

 

-질문2: 하병향 K-BioX-stanford: liquid Biopsy의 한계가 무엇인지 궁금합니다.

 

-답변2:

하버드 의대 고진아 박사님: 우선은 ultra sensitivity가 필요하기 때문에 지금 상황에서는 많은device와 technology가 개발이 되고 있지만 clinical news까지 가기까지 더 정확하게 민감성을 높일 것인지에 대해 한계가 있을 것입니다.

성균관대 융합생명공학과 전영준 교수님: cancer의 경우 조기 진단에서 큰 문제가 있습니다. 왜냐하면 liquid biopsy는 blood에서 매우 희석된 정보를 얻는데, 암 초기단계에서는 이를 감지하기가 힘듭니다.

 

 

 

-질문3: liquid biopsy를 할 때 모든 정맥에서 blood안에 EV분포가 균형적인지, 정보가 충분히 주어진다는 것을 가정한 것인지 궁금합니다.

 

-답변3: 하버드 의대 이학호 교수님: 혈액을 언제 뽑느냐, 어디에서 뽑느냐에 따라 다 다르게 나옵니다. 정맥, 동맥에서 뽑냐, 밥을 먹고 뽑냐, 공복에 뽑느냐가 다 다르다. 한 예로 같은 정상인 사람의 혈액샘플을 분석했더니 결과가 달랐는데, 암에 걸린 것이 아니라 두번째 피에서 동맥에서 뽑았던 것입니다. Pre-analytical factor라고 하는데 샘플 전처리과정이 중요합니다. 이러한 standard를 만드는 것이 NIH에서 현재 하고 있는 것입니다.   

 

 

 

-질문4) exosome에서 protein으로 detection하는 것과 nucleic acids로 detection하는 것이 있다고 하셨는데, exosome에서 transcriptome이나 protein을 동시에 detection할 수 있는지, protein으로 detection한다고 했을 때, 그 protein을 어떤 것으로 specific하게 정의를 하시는 지 궁금합니다.

 

-답변4) 하버드 의대 고진아 박사님: 어렵겠지만, 단백질과 핵산을 동시에 detection하는 것이다. Single cell에서 하고 있는 것도 protein에 antibody를 달아서 DNA 정보와 RNA정보를 같이 읽어내는데, 이를 EV에 적용하면 2개를 같이 읽는 것이 가능할 것으로 보입니다.

단백질을 쓸 것이냐 핵산을 쓸 것이냐 하는 문제는 어떤 것을 보는지에 따라 다를 것입니다. Single EV analysis를 한다고 하면 단백질이 abundant하다고 밝혀져 있어서 단백질이 더 make sense를 하지만 중요한 RNA DNA도 보고 싶다고 한다면 핵산도 가능할 것입니다.

 

 

 

 

-질문5)김규탁 K-BioX 고려대학교 생명공학부: 진단 과정에서 조사할 물질들(마커)은 어떻게 선정을 하나요?

 

-답변5) 하버드 의대 이학호교수님

1. 특정암에 대해Cell line들을 대략 7-8가지로 추려서 cell line에서 exosome을 뽑아서 마커들을 20가지 정도 본다. 이를 보고 가장 적절한 마커를 고르는 방식이 있습니다.

2.공공 데이터 베이스에서 TCGA, human protein atlas, 여길 들어와서 예를 들어 대장암을 따오고, 정상 조직에서 따온 데이터와 비교해서 대장암에서만 나오는 마커들을 산출하여 cell line에 적용을 해서 다시 추려서 마커를 선정하는 방법도 있습니다.

 

 

 

-질문6) 아주대 이주호- 암의 특성이 exosome의 방출량과 관련된 것인지, profiling만 달라지는 것인지 궁금합니다.

 

-답변6) 하버드 의대 이학호 교수님: 수술 전후에 vesicle의 개수에서는 큰 상관관계가 없습니다. Nansight라고 해서 vesicle 수를 Brownian motion을 가지고 측정하는 기술이 있습니다. 레이저를 쏴서 scattering되는 것을 이용해 vesicle개수를 세는데, 혈액 1ml안에 EV가 10의 7승개 있다고 하면 HDL은 10의 11승개, LDL은 10의9승개가 있습니다. 하지만 현재 vesicle수를 재는 방법은 위의 다른 종류의 vesicle을 분간할 수가 없습니다. 정확한 데이터를 모아야 하겠지만 현재 기술로는 vesicle수가 암으로 인해 많이 나오는지 적게 나오는지를 알 수 없습니다. 하지만 glioblastoma(GBM, 교모세포종)의 경우에는 EGFRv3 mutation이 있었는데, 이를 가진 EV수가 늘었습니다. 이는 마커가 있어서 셀 수 있었기 때문에 가능했습니다. 하지만 일반적인 암에서는 vesicle양에 대해서는 아직 검증이 필요하다고 생각합니다.

 

#보충자료

https://images.app.goo.gl/oRj5y2164ZMvV3rc9

Kalluri, R., & LeBleu, V. S. (2020). The biology, function, and biomedical applications of exosomes. Science367(6478).

Othman, N., Jamal, R., & Abu, N. (2019). Cancer-derived exosomes as effectors of key inflammation-related players. Frontiers in immunology10, 2103.

Exosome: 세포는 다양한 크기의 지질막에 싸여 Extracellular vesicles을 분비한다. Extracellular vesicles 은 크기의 차이 따라 분류되어 있으며, Exosome(20-300nm), Microvesicle (200 ~ 1000 nm), Large oncosome (1 ~ 10 μm) 이 있습니다.  이 중 exosome은 세포간 커뮤니케이션 수단으로서     

Exosome 중에는 mRNA와 miRNA 같은 핵산과 단백질 등이 들어 있습니다. 분비를 하는 세포는 특정 메시지를 Exosome 형태로 분비하고 Exosome은 그 표면 Marker나 크기 등에 의해 특정 세포를 식별하는 것으로 알려져 있습니다. 그러면 Exsome내 mRNA, miRNA 및 단백질 등을 수용하는 세포에 영향을 미칩니다. 이러한 과정에서 세포 간의 커뮤니케이션을 하고 있다고 생각할 수 있습니다.

Exosome은 정상 상태에서는 그다지 많이 분비되지 않고, 암 등의 이상 상태 시에 정상 세포에서의 분비가 증가하는 것을 알 수 있습니다. 그리고 암세포 자신도 많은 Exosome을 분비하는 필요한 환경을 구축한다는 내용이 최근의 연구로 밝혀지고 있습니다. 따라서 질환 시 Exosome의 역할을 분석함으로써 보다 효과적인 신약 개발로 이어질 것으로 기대되고 있습니다. 또한 암 등의 질환 시에 분비되는 Exosome이 질병 Marker가 되는 것은 아닐까 기대되고 있습니다.

출처: http://www.beckman.co.kr/Exosome/

자료 출처https://www.researchgate.net/publication/327628770/figure/fig1/AS:670385318158338@1536843723207/The-difference-between-liquid-biopsy-and-traditional-biopsy.png

편집: K-BioX 학술 2팀

이원석 (K-BioX 고려대학교 생명과학부 학부 3학년)

오지은 (K-BioX 성균관대학교 융합생명공학과 석사 2학기)

감수 (예정): 이학호 교수 (하버드 의대), 전영준 교수 (성균관대학교 융합생명공학과)

 

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