경기도와 서울대학교의 공동출연법인 차세대융합기술연구원(융기원)은 단일 핵 RNA 시퀀싱 및 대량 종양 DNA 시퀀싱을 활용해 악성 뇌종양인 교모세포종 복잡성의 새로운 차원을 밝혀낸 혁신적인 프레임워크를 연구한 결과, 세계적인 학술지 ‘네이처 제네틱스’ 최신 호에 두 편의 논문을 연속 게재했다고 9일 밝혔다.
이번 연구는 융기원 뇌신경공학 및 나노의학 연구실 백선하 교수(서울대학교병원 신경외과), 문효은 박사 및 미국 예일대학교 의과대학 신경외과(로울 버학 교수) 등 공동연구팀이 진행한 연구 성과다.
원발성 뇌암인 교모세포종은 기초연구 및 중개연구의 상당한 진전에도 재발해 평균 생존기간이 14.6 개월에 불과하다. 이 같은 재발 메커니즘을 조사하기 위해 교모세포종 종단적 진화를 분석하는 연구가 있지만 일반적으로 악성 세포와 종양 미세환경 전체를 평균화하는 대량 조직 프로파일링에 의존하고 있다. 일부 단일 세포 기반 연구도 있지만 대상 환자 수가 적고 임상 정보가 제한적이어서 임상적 특징과 연계된 세포 수준의 분석에는 한계가 있었다.
이에 공동연구팀은 종단적 진화 경로를 단일 세포 해상도로 분석하기 위해 ‘교모세포종 세포 내성 및 진화 분석’ 컨소시엄을 설립하고, 단일 핵 RNA 시퀀싱과 대량 종양 DNA 시퀀싱을 사용해 59명의 환자로부터 채취한 121개의 원발성 및 재발성 교모세포종 샘플을 분석하여 교모세포종의 전사 이질성을 규명했다.
이번 논문 ‘The multilayered transcriptional architecture of glioblastoma ecosystems’ (Nomura M. et. al., 2025)에서 밝힌 교모세포종의 전사 이질성을 요악하면 우선 교모세포종은 악성 세포와 비악성 세포 유형을 포함하는 광범위한 세포 구성으로 분류할 수 있다. 또한 각 세포 유형에서 세포 상태의 다양성과 그 경로 활성화, 특히 신경교 전구세포 유사형, 신경세포 유사형, 섬모 유사형을 포함한 다양한 악성 세포 상태를 설명한다. 여기에 교모세포종 간에 남아있는 변이는 세 가지 기본 유전자 발현 프로그램을 강조한다. 이번 연구는 이 세 가지 이질성의 차이점과 연관성을 규명해 교모세포종의 다층 전사 구조에 대한 독보적인 관점을 제공한다.
공동연구팀은 여기서 한발 더 나아가 연속 게재된 ‘Deciphering the longitudinal trajectories of glioblastoma ecosystems by integrative single-cell genomics’ (Spitzer A. et. al., 2025) 연구에서 59명의 교모세포종 환자의 상세한 임상적 주석과 유전적 프로파일을 가진 원발성 및 재발성 교모세포종에 단일 핵 RNA 시퀀싱과 대량 DNA 시퀀싱을 진행하여, 세포 및 분자 이질성 계층(layer)에 교모세포종 생태계의 종단적 진화를 분석했다.
백선하 융기원 교수는 “새롭게 밝혀진 유전적, 미세환경적 및 전사적 특징의 교모세포종 생태계는 교모세포종 형성에 있어 종양 유전학과 해부학적 위치 간의 상호작용을 강조하여, 표적화되고 개인화된 치료 전략 개발을 위한 강력한 로드맵을 제공할 것”이라며 “이를 통해 난치성 뇌종양으로 알려진 교모세포종의 치료 가능성을 높이는 데 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.
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