목암생명과학연구소(소장 신현진, 이하 목암연구소)는 차백신연구소(대표이사 염정선)의 면역항암제 후보물질 ‘CVI-CT-001’의 암세포 사멸 유도 기전을 규명한 공동 연구결과를 국제학술지 네이처(Nature)의 자매지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 게재했다고 23일 밝혔다.

CVI-CT-001은 차백신연구소가 독자개발한 면역증강제 ‘엘-팜포’(L-pampo™)를 활용한 면역항암제 후보물질이다. ‘CVI-CT-001’은 전임상 연구에서 특정 암세포를 사멸시키고 암 세포내의 환경을 고면역원성으로 전환시킬 수 있음을 실험적으로 확인했지만 어떻게 암 세포를 사멸할 수 있는지에 대한 구체적인 메커니즘은 밝혀지지 않았다. 이를 차백신연구소가 실험 디자인 및 데이터 생산을 맡고, 목암생명과학연구소가 AI 및 생명정보학 기술을 이용해 생산된 데이터를 분석하는 형식의 협력연구를 통해 규명해냈다.

이번 연구에서 차백신연구소와 목암생명과학연구소는 면역항암제 CVI-CT-001가 어떻게 암 세포의 사멸을 유도하는지 보기위해 RNA sequencing(이하 RNA-seq) 기반의 ‘CVI-CT-001’을 처리한 세포주들의 전사체 발현 데이터를 다양한 AI 및 생명정보학 알고리즘을 통해 분석했다. 연구진은 ‘CVI-CT-001’에 의해 활성화된 TLR(Toll-like receptor, 톨유사수용체) 신호전달경로와 이와 관련되어 발현된 특정 유전자들의 집합군(cluster)을 찾아냈고 그 결과, ‘CVI-CT-001’이 TLR2/3를 발현하는 암 세포의 대사 및 활성산소(ROS) 발생 경로를 통해 암 세포를 선택적으로 사멸시킬 수 있다는 새로운 가능성을 제시했다.

특히, 연구진은 ‘CVI-CT-001’에 반응하는 세 가지 세포주의 전사체 데이터를 비교하여, 세포주 별 차등발현 유전자의 연관성을 모두 반영한 하나의 유전자 공발현 네트워크(gene co-expression network)를 구축했다. 

이 네트워크를 기반으로 유전자의 상관관계를 분석해 시간대별 및 세포주별로 차이가 나는 유전자들의 집합군을 찾아내었고, 유전자 간의 최단 경로 탐색 알고리즘을 통해 주요 분자 신호의 하위 네트워크를 재구성하는 등 목암연구소의 AI 및 생명정보학 기술을 활용하여 ‘CVI-CT-001’이 암 세포를 사멸시키는데 중요한 역할을 하는 유전자들을 예측해 낼 수 있었다.

신현진 목암생명과학연구소 소장은 “이번 연구는 RNA-Seq 전사체 데이터에 담겨 있는 미세한 약물반응 신호를 AI 알고리즘을 활용하여 잡아냈다”며, “본 연구결과는 AI 기술이 약물의 작용 메커니즘을 유추해 신약개발을 가속화할 수 있다는 것 또한 시사한다”고 말했다.

염정선 차백신연구소 대표는 “면역항암제가 암 세포에 어떻게 작용하는지 기전을 확인하는 것이 중요한데, 이번 연구에서 ‘CVI-CT-001’이 암세포를 죽이는 과정이 AI를 활용해 밝혀졌다는 점에서 큰 의의가 있다”며 “앞으로도 AI 기술을 활용해 신약 후보물질의 유효성과 기전을 빠르게 파악하고, 이를 바탕으로 신약 개발 전략을 신속하게 추진하겠다”고 말했다.

이번 연구와 같이 다양하고 복잡한 생명과학 분야에 AI 및 생명정보학 기술을 활용한다면 지금까지 풀어내지 못한 질병의 기전을 규명할 수 있고, 약물의 작용기전을 밝혀 내는 등 효과적인 질병의 치료 전략 수립 및 신약 개발에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.