[DEBUG-WINDOW 처리영역 보기]
즐겨찾기  |  뉴스레터  |  오늘의 정보 회원가입   로그인
BRIC홈 동향
머크
배너광고안내
이전
다음
스폰서배너광고 안내  배너1 배너2 배너3 배너4
대학원은 그냥 가는 줄 알았다
전체보기 Bio통신원 Bio통계 BRIC View BRIC이만난사람들 웹진(BioWave)
목록
조회 707  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
바이오통신원   
기저 질환이 없는 코로나19 환자의 중증 신규 유전적 위험 인자 규명
의학약학 KAIST (2022-09-29)

- KAIST-서울대병원-분당서울대병원-경북대병원-국립중앙의료원-지놈오피니언 공동연구팀, 산·학·병 공동 코로나19 위험 인자 연구
- 생물정보학 및 단일세포 오믹스 기반 기저 질환이 없는 저위험군의 신규 중증 위험인자 규명
- 기저 질환이 없는 집단 내 중증 환자는 ‘클론성조혈증’ 이라는 후천적 유전자 변이가 있음을 발견

KAIST는 생명과학과 정인경 교수 연구팀이 서울대병원 강창경, 고영일, 분당서울대병원 송경호 교수, 경북대병원 문준호 교수, 국립중앙의료원 이지연 교수, 지놈오피니언 社로 이루어진 산·학·병 공동연구를 통해 기저 질환이 없는 저위험군의 신규 코로나19 중증 위험 인자를 발굴하고, 발굴된 인자의 과잉 염증반응에 대한 분자 메커니즘을 제시했다고 29일 밝혔다.
     
코로나19 바이러스(SARS-CoV2)는 지난 2년이 넘도록 확산하면서 전 세계적으로 6억 명 이상이 감염됐고, 이 중 6백만 명 이상이 사망했다. 이러한 심각성으로 인해 코로나19 바이러스의 병리에 관한 연구가 활발히 진행됐고, 단핵구(큰 크기의 백혈구, Monocyte)의 과잉 염증반응으로 인한 중증 진행 메커니즘 등이 밝혀졌다. 

하지만 개별 코로나19 환자마다 면역 반응의 편차가 크게 나타나는 현상에 대해서는 앞서 찾은 연구 결과만으로는 전부 설명할 수 없다. 예를 들어 중증 코로나19 환자 중에서 당뇨병이나 고혈압 등의 기저 질환이 없는 경우도 빈번하기에 이들이 코로나19 감염 시 중증으로 진행될 수 있는 신규 위험 인자를 발굴하는 것은 환자 맞춤형 치료에 있어 매우 중요하다.

KAIST 생명과학과 최백규, 박성완 석박사통합과정과 서울대병원 강창경 교수가 주도한 이번 연구에서는 기존의 기저 질환이 없는 중증 코로나19 환자의 중증 요인을 알아내기 위해, 국내 4개의 병원이 합동해 총 243명의 코로나19 환자의 임상 정보를 수집 및 분석했다. 연구팀은 그 집단의 임상적 특징을 밝히고, 단일세포 유전자 발현 분석과 후성유전학적 분석을 도입해 관찰된 임상적 특징과 중증 코로나19 내 과잉 염증반응 간의 유전자 발현 조절 메커니즘을 분석했다. 

그 결과, 기저 질환이 없는 집단 내 중증 환자는 `클론성조혈증'이라는 특징을 가지고 있는 것을 관찰하였다. 이는 혈액 및 면역 세포를 형성하는 골수 줄기세포 중 후천적 유전자 변이가 있는 집단을 의미한다. 또한 단일세포 유전자 발현 분석을 통해 클론성조혈증을 가진 중증 환자의 경우 단핵구에서 특이적인 과잉 염증반응이 관찰되는 것을 확인했고, 클론성조혈증으로 인해 변화한 후성유전학적 특징이 단핵구 특이적인 과잉 염증반응을 일으키는 유전자 발현을 유도하는 것을 연구팀은 확인했다. 

해외 연구단에서도 유사하게 클론성조혈증과 코로나19 간의 관련성에 주목한 연구들이 있었으나 코로나19와의 관련성을 명확히 밝히지 못했고, 과잉 염증반응으로 이어지는 분자 모델 역시 제시하지 못했다. 이에 반해 공동 연구팀은 생물정보학 기반 계층화된 환자 분류법과 환자 유래 다양한 면역 세포를 단 하나의 세포 수준에서 유전자 발현 패턴 및 조절 기전을 해석할 수 있는 단일세포 오믹스 생물학 기법을 적용해 클론성조혈증이 코로나19의 신규 중증 인자임을 명확하게 제시했다. 해당 연구 결과는 앞으로 기저질환이 없는 저위험군 환자라도 클론성조혈증을 갖는 경우 코로나19 감염 시 보다 체계적인 치료 및 관리가 필요함을 의미한다. 

이번 연구 결과는 두 개의 국제 학술지, `헤마톨로지카(Haematologica, IF=11.04)'에 9월 15일 字 (논문명: Clinical impact of clonal hematopoiesis on severe COVID-19 patients without canonical risk factors) 온라인 게재가 되었으며. ‘실험 및 분자 의학(Experimental & Molecular Medicine, IF=11.590)'에 지난 8월 1일 字 (논문명: Single-cell transcriptome analyses reveal distinct gene expression signatures of severe COVID-19 in the presence of clonal hematopoiesis) 게재 승인됐다.

이번 연구는 장기화된 코로나19 팬데믹 상황 속에서 연구계·의료계·산업계로 이루어진 연구팀 서로 간의 긴밀한 협력을 통해 코로나19 환자의 신규 중증 인자를 밝히고, 그에 대한 분자적 기전을 제시해 환자별 맞춤 치료전략을 제시한 연구로 중개 연구(translational research)의 좋은 예시로 평가받는다. 

이번 연구를 수행한 KAIST 최백규 석박사통합과정은 "최신의 분자실험 기법인 단일세포 오믹스 실험과 생물정보학 분석 기술의 융합이 신규 코로나19 중증 환자의 아형과 관련 유전자 조절 기전을 규명 가능케 하였다ˮ며, "다른 질환에도 바이오 데이터 기반 융합 연구 기법을 적용할 것이다ˮ고 말했다.

분당서울대병원 송경호 교수는 "이번 연구는 임상 현장에서 코로나 환자별 맞춤 치료 전략을 정립하는 데 있어서 중요한 정보를 제공한 연구ˮ라며 "앞으로도 중증 코로나19 환자의 생존율을 높이기 위해 임상 정보를 바탕으로 한 맞춤 치료전략 연구를 이어나가겠다ˮ라고 밝혔다.

지놈오피니언 대표를 겸임하고 있는 서울대병원 고영일 교수는 "회사에서 개발한 클론성조혈증 탐지 및 분석 기술이 코로나19 팬데믹 해결에 도움이 되어 보람차다ˮ면서 "앞으로도 새로운 바이오마커를 발굴 및 분석하는 기술을 개발해 인류의 건강한 삶에 지속적으로 기여하고 싶다ˮ고 말했다. 
한편 이번 연구는 서경배과학재단과 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행됐다.


□ 연구개요

KAIST 생명과학과 기능유전체 연구팀과 서울대병원, 분당서울대병원, 경북대병원, 국립의료원, 지놈오피니언 회사와의 협동 중개 연구(translational research)를 통하여, 클론성 조혈증이 기존의 기저 질환 외에 중증 코로나19의 과잉 염증 반응에 대한 신규 원인 인자로써 작용할 수 있음을 밝혔다.

기존의 기저 질환이 없는 중증 코로나19 환자의 중증 요인을 알아내기 위해, 4개의 병원이 합동하여 총 243명의 코로나 입원 환자의 임상 정보를 수집하였다. 클러스터링(Clustering) 분석과 통계 검증을 통해 환자 집단마다의 특징을 파악했을 때, 기저질환이 없는 집단 내 중증 환자는 통계적으로 유의미하게 클론성조혈성을 가지고 있는 것을 관찰했다. 이후 클론성조혈증을 가진 중증 코로나19 환자를 일부 선별하여 단일세포 유전자발현 분석을 진행했을 때, 단핵구에서 클론성조혈증 특이적인 과잉 염증반응이 관찰되는 것을 확인했다. 마지막으로 단핵구 내에서 클론성조혈증으로 인해 변화한 DNA 메틸화 패턴이 염색질 3차 구조를 통해 유전자 발현에 어떤 영향을 미치는 지를 확인했을 때, 실제 과잉 염증반응 관련 유전자들의 발현량이 달라지는 것을 확인하였다.

이번 연구를 통해 새롭게 발굴된 클론성조혈증 인자의 경우 해외에서도 코로나19의 병리에 관여하는 인자로서 주목한 사례들이 있었다. 하지만 기존의 연구들은 기저질환 유무를 고려하지 않고 분석을 하여 코로나19와의 관련성에 대해 의문이 많았고, 또한 클론성조혈증에 기반한 과잉 염증반응에 대한 분자적 기전을 제시하지 못해 실제 치료에 기여하기 어려웠다. 이번 연구를 통해 공동 연구팀은 클론성 조혈증의 코로나19와의 관련성 및 분자적 기전을 제시하여서 현재 장기화된 코로나19 사태에 필요해진 코로나 환자 별 맞춤 치료 가이드라인을 제시하는 데 기여하였다.

또한 이번 연구는 최신 실험 분석 기법인 단일세포 유전체 분석과 후성유전 데이터 분석을 도입함으로써 임상적으로 관찰된 중증 인자가 어떻게 과잉 염증반응에 기여하는지를 관찰할 수 있었다. 단일세포 유전체 분석을 통하여 클론성조혈증의 영향을 받는 단핵구에서 과잉 염증 반응이 기존의 코로나19환자보다 더 강하게 나타남을 확인할 수 있었고, 더 나아가서 이러한 양상의 원인으로 생각되는 클론성조혈증-중증 코로나19 환자 특이적인 단핵구 집단을 관찰할 수 있었다. 이와 더불어 DNA 메틸화나 염색질 3차 구조와 같은 후성 유전학 데이터를 도입함으로써, 클론성조혈증으로 인해 변화한 DNA 메틸화 패턴이 관찰된 클론성조혈증-코로나19 환자 특이적인 과잉 염증반응 유전자 발현을 3차원 염색질 구조를 통해 조절이 가능함을 확인하여 임상적 특징이었던 클론성조혈증을 유전자 조절 단계에서 재해석 하여 맞춤 치료의 가능성을 제시할 수 있다. 
 

기저 질환이 없는 코로나19 환자의 중증 신규 유전적 위험 인자 규명

중증 코로나19 환자 집단 중 기저 질환이 없음에도 중증으로 진행된 환자들이 존재한다. 이 환자 집단에서 중증 진행 인자를 발굴 및 검증하기 위해 생물정보학에 기반하여 세 가지 서로 다른 접근법을 사용했다. 첫 번째로, 환자의 임상 정보를 수집 후 그에 따라 집단 별로 나누어 집단 별 임상정보의 특징을 통계 기법을 통해 분석했다. 두 번째로는, 단일세포 유전자발현 분석이라는 최신의 연구기법을 적용하여 혈액 내 면역세포들의 발현 특징을 분석하였고, 특히 단핵구에 대해서 세부 분석을 진행하였다. 세 번째로는 후성 유전학측면에서의 분석으로, 분자적 기전을 제시하기 위해 단핵구의 DNA 메틸화 패턴과 염색질 3차 구조 정보를 도입 및 분석하였다. 이 세 가지 접근법을 통해 기저질환 없는 코로나19 환자 그룹 내 중증 진행 요인 및 기전을 제시했다. 중증 진행 요인으로는 유전자 염기서열에 변이가 발생한 단핵구로, 이 단핵구는 유전자 변이로 인해 염증반응을 쉽게 일으킬 수 있는 상태가 되어 코로나19 바이러스 감염 시 TNF/IL-1과 인터페론 감마(IFN-γ)를 필두로 한 과잉 염증반응을 빠르게 일으킨다. 이 과잉 염증반응이 다른 정상 단핵구들에도 퍼져나가면서 연쇄적인 염증반응을 일으켜 사이토카인 폭풍 현상이 발생하고, 결과적으로 기저질환이 없음에도 불구하고 중증으로 진행이 가능해진다.

  추천 0
  
인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
  
본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다. [기사 오류 신고하기]
 
  댓글 0 댓글작성: 회원 + SNS 연동  
첫 댓글을 달아주세요.
 
위로가기
동향 홈  |  동향FAQ
 |  BRIC소개  |  이용안내  |  이용약관  |  개인정보처리방침  |  이메일무단수집거부
Copyright © BRIC. All rights reserved.  |  문의
트위터 트위터    페이스북 페이스북   유튜브 유튜브    RSS서비스 RSS
필코리아테크놀로지 광고