김영수 서울대병원 의공학과 교수

김영수 서울대병원 의공학과 교수와 이철주 한국과학기술연구원(KIST) 박사팀은 질량분석기(Triple Quadrupole Mass Spectrometer)의 다중반응검지법(Multiple Reaction Monitoring, MRM)을 통해 극소량인 1㎍의 유방암 세포 시료만으로 319개의 단백질 표지자를 정량분석하는 데 성공했다고 9일 밝혔다. 단백질과 유전자는 인체의 세포 형질을 결정하는 중요한 요소다. 현재 유전체 정보는 차세대시퀀싱(Next Generation Sequencing, NGS)기술의 발전으로 비교적 쉽게 얻을 수 있다. 반면 단백질체에 대한 정량 분석은 속도나 규모면에서 아직 제한적으로 이뤄지고 있다.

종양표지자검사는 혈액을 뽑아 암세포가 분비한 단백질의 양을 측정하는 것을 의미한다. 최근에는 암세포가 분비한 단백질(항원)과 항체반응으로 농도를 측정한다. 보통 암 검진의 정확성을 높이기 위해 컴퓨터단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI) 등을 실시하는데 이들 검사는 비용이 바싸고 방사선 노출의 위험이 있다는 단점이 있었다. 반면 종양표지자 검사는 비용이 저렴하고 정기적으로 암 유무를 체크할 수 있다. 그러나 종양표지자마다 새로운 항체 분석법을 개발해야 했기 때문에 시간 및 비용부담이 컸다. 또 분석실험실마다 편차가 있어 표준화된 값을 얻기 어려웠다.

질량분석기를 이용한 다중반응검지법은 이같은 고민을 해결하기 위해 개발됐다. 먼저 특정 단백질을 화학적 전처리해 단백질 단편으로 만든 후 전자스캔으로 질량(Q1)을 측정한다. 이후 같은 단백질 단편을 분쇄해 파편으로 만든 후 같은 방법으로 질량(Q3)을 측정한다. 각 단백질은 지문 같은 고유의 Q1/Q3 질량값이 있다. 100개 단백질의 고유의 Q1/Q3 값을 질량분석기에 입력한다. 다음 단계로 혈액을 질량분석기에 넣은 후 1000분의 1초 단위로 혈액 속 단백질 입자를 스캔해 질량을 분석하고, 이 결과 값과 미리 입력한  단백질의 Q1/Q3값을 대조한다. A 단백질의 Q1/Q3값이 400/200이라고 가정했을 때 혈액내 단백질 입자들 중 Q1/Q3값이 400/200인 게 20개가 있으면, A 단백질이 20개가 있다는 것을 의미한다.

이 검사법은 극미량인 1㎍의 시료로 100~300여개의 단백질 표지자를 한 번에 검사할 수 있다. 즉 어떤 단백질이 암 표지자인지 밝혀지면 한 번의 피검사만을 통해 수십 종류의 암을 밝혀낼 수 있다. 이런 과정을 통해 추출한 319개의 단백질 단편시료 중 162개를 한국, 미국 서부 시애틀 연구팀, 미국 동부 보스턴 연구팀으로 이송해 단백질 정량값을 측정한 결과 평균 분석치의 변화는 0.2% 이내로 나타났다. 이는 언제 어디서든 같은 질량분석기와 검사법을 사용하면 일정한 단백질 정량값을 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 김영수 교수는 “세계적으로 통일된 절대 정량 분석값으로 대규모의 단백질 표지자를 분석할 수 있게 되면 공통기술을 개발하고 의료산업기술을 발전시키는 데 도움될 것”이라며 “이를 통해 저렴하고 혁신적인 의료분석 장비를 개발할 수 있다”고 말했다.

이번 연구는 미국국립암연구원의 지원으로 미국 프레드허친슨 암연구센터(Fred Hutchinson Cancer Research Center)의 아마다 파울로비치(Amada Paoulovich) 박사와 하버드·MIT 브로드연구소(BROAD Institute of Harvard and MIT)의 스티븐 카(Steven Carr) 박사와 공동으로 진행됐다. 연구결과는 저명한 국제학술지인 네이처메소드(Nature Methods) 12월 온라인 호에 게재됐다.