국내 연구팀이 1μg (1/1000 mg) 유방암 시료에서 300개 이상 단백질 표지자를 한 번에 정량 분석할 수 있는 기술을 개발했다.

최근 서울대 의공학과 김영수 교수, KIST 이철주 박사 공동연구팀(이하 한국 Seoul 팀, 책임자 김영수 교수)은 질량분석기 (Triple Quadrupole Mass Spectrometer)의 다중반응검지법 (Multiple Reaction Monitoring, MRM) 을 이용하여 유방암 세포 시료 극미량 1 μg (1/1000 mg)으로 319개 단백질 표지자의 절대 정량 분석 기술을 개발했다.

이 연구는 미국국립암연구원의 지원으로 미국 Fred Hutchinson Cancer Research Center 의 Amada Paoulovich 박사 (이하 미국 서부 Seattle 팀)과 BROAD Institute of Harvard and MIT 의 Steven Carr 박사 (이하 미국 동부 Boston 팀)과 공동으로 진행됐다.

우리 몸의 세포 형질을 결정하는 중요 요소는 유전자와 단백질.

현재 유전체 정보는 Next Generation Sequencing (NGS) 기술의 발전으로 비교적 쉽게 얻을 수 있지만, 단백질체 정량(특정 단백질 양(농도) 측정) 분석은 속도 및 규모에서 제한적으로 이뤄지고 있다.

암은 증식과정에서 고유의 단백질을 만들어 내는 것으로 혈액을 뽑아서 암세포가 분비한 단백질의 양을 측정하는 것이 종양표지자 검사다.

정확한 암 검진을 위해서는 CT, MRI, PET 등 각종 영상검사를 하는데 이는 고비용, 방사선 노출의 위험으로 매달할 수 없었다.

특히 현재 종양표지자 검사는 암 세포가 분비한 단백질(항원)과 항체의 반응으로 농도를 측정하기 때문에 종양표지자 마다 새로운 항체 분석법을 개발해야하고 시간과 비용이 많이 든다.

뿐만 아니라 같은 검사를 해도 각 분석실험실마다 단백질 분석 편차가 있어서 표준화된 동일한 값을 얻기 어렵다.

이러한 고민에서 개발된 것이 질량분석기를 이용한 다중반응검지법.

이 검사법은 극미량 1 μg 시료의 한 번 검사로 100~300여개의 단백질 표지자를 한 번에 정량할 수 있다.

어떤 단백질이 암 표지자인지 밝혀지면, 한 번의 피 검사로 여러 수십 개의 암을 밝혀낼 수 있다.

원리는 다음과 같다.

한 방울의 혈액에 100개의 단백질 표지자가 있다고 가정하자. 특정 단백질을 화학적 전처리하여 단백질 단편으로 만든 후 전자 스캔으로 질량(Q1)을 측정한다.

같은 단백질 단편을 분쇄하여 단백질 파편으로 만든 후 전자 스캔으로 질량(Q3)을 측정한다. 각 단백질은 지문 같은 고유의 Q1/ Q3 질량 값이 있다. 연구팀은 100개 단백질의 고유의 Q1/ Q3 값을 질량분석기에 미리 입력한다.

그 후 혈액을 질량분석기에 넣고 msec (1000 분의 1초) 단위로 혈액 속 단백질 입자들을 스캔하여 질량을 분석하고, 결과 값과 미리 입력한 단백질 고유의 Q1/ Q3값과 대조한다.
A단백질의 Q1/ Q3값이 400/ 200이라고 하자.

혈액 내 단백질 입자들 중 Q1/ Q3값이 400/ 200인 것이 20개가 있으면, A 단백질이 20개가 있다는 뜻이다.

연구팀은 30개의 유방암 세포주를 화학적 전처리 후에 발생한 319개의 단백질 단편 시료 중 162개를 한국 Seoul 팀, 미국 서부 Seattle 팀, 미국 동부 Boston 팀으로 이송하여 동일한 질량분석기와 기술로 단백질을 정량화했다.

그 결과, 각 3팀 간의 162개 평균 분석치의 변화는 0.2% 이내였다.

이는 언제 어디서든 동일한 질량분석기와 검사법을 따르면 동일한 단백질 정량 값을 얻을 수 있다는 얘기다.

즉, 국제적으로 대규모 단백질체에 대한 절대 정량 분석 기술이 가능해져 대량 단백질 표지자의 절대 분석 시대가 열린 것이다.

김영수 교수는 "개인 맞춤의학의 도래에 따라서 대규모 단백질 표지자가 세계적으로 통일된 절대 정량 분석 값으로 분석이 가능해지면 공통 기술 개발이 가능해져서 단백질 표지자의 분석과 의료 산업 기술의 발전에 크게 기여할 것"이라고 전망했다.

그는 이어 "본 연구에 수행한 질량분석기기를 이용하여 초고속 다중 단백질 표지자 분석이 가능하면 초저가 혁신적인 의료 분석 장비가 개발될 수 있을 것으로 예상된다"고 덧붙였다.

이 연구는 국제 저명 학술지인 Nature Methods 인용지수(Impact factor=23) 에 12월 온라인 호에 게재됐다.