인간 유전체를 살펴보면, 생명의 구성 요소로 사용되는 약 2만 개의 유전자 중에 수천만 년 전 영장류 조상을 감염시켰던 바이러스가 남긴 DNA 조각도 발견할 수 있다. 내인성 레트로바이러스로 알려진 이 고대 히치하이커는 오랫동안 비활성 또는 '쓰레기' DNA로 간주해 손상을 입힐 수 있는 능력이 없었다. 지난 7월 17일 사이언스 어드밴스(Science Advances) 저널에 발표된 CU Boulder의 새로운 연구에 따르면, 이들이 다시 깨어나면 암이 생존하고 번성하는 데 중요한 역할을 할 수 있다는 점을 밝혀냈다. 이 연구는 또한 특정 내인성 레트로바이러스를 침묵시키면 암 치료가 더 효과적일 수 있다고 제안한다.

"저희 연구는 오늘날의 질병이 최근까지 아주 소수의 연구자만이 주목했던 이러한 고대 바이러스 감염으로 상당한 영향을 받을 수 있다는 것을 보여줍니다." 콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스에 있는 BioFrontiers Institute에서 분자, 세포 및 발달 생물학 조교수이자 수석 저자인 에드워드 추옹이 말했다.

일부는 인간, 일부는 바이러스
연구에 따르면 인간 유전체의 약 8%가 진화적 조상의 세포에 침투하여 숙주가 유전 물질을 복사하고 운반하도록 유도한 내인성 레트로바이러스로 구성되어 있다. 시간이 지나면서 정자, 난자, 배아에 침투하여 화석 기록처럼 DNA를 구워서 다음 세대로 전달하고 그 과정에서 진화를 만들었다.

더 이상 기능적인 바이러스를 생산할 수 없지만 추옹(Chuong)의 연구에 따르면 내인성 레트로바이러스는 근처 유전자를 켜는 "스위치" 역할을 할 수 있다. 일부는 인간 진화의 중요한 이정표인 태반의 발달과 COVID와 같은 현대 바이러스에 대한 면역 반응에 기여했다.

"이러한 내인성 레트로바이러스가 우리의 이익을 위해 길들여질 수 있다는 것을 보여주는 연구는 많이 있었지만, 그것이 어떻게 우리에게 해를 끼칠 수 있는지 보여주는 연구는 많지 않았습니다."라고 그는 말한다.

추옹과 그의 연구실 연구원인 첫 번째 저자 아트마 이반체비치(Atma Ivancevic)는 암에서의 역할을 탐구하기 위해 공개적으로 이용할 수 있는 데이터 세트에서 21가지 인간 암 유형의 유전체 데이터를 분석했다. 연구진은 약 3천만 년 전에 일부 영장류를 감염시킨 LTR10이라는 특정 계통의 내인성 레트로바이러스가 폐암과 대장암을 포함한 여러 유형의 암에서 놀라울 정도로 높은 수준의 활동을 보였다는 것을 발견했다. 수십 명의 대장암 환 종양에 대한 추가 분석 결과 LTR10이 약 3분의 1에서 활동하는 것으로 나타났다.

연구진이 CRISPR 유전자 편집 도구를 사용하여 유전자가 존재하는 시퀀스를 잘라내거나 침묵시켰을 때, 암의 발달과 성장을 촉진하는 것으로 알려진 중요한 유전자도 작동하지 않는다는 것을 발견했다. 이반세비치는 "암세포에서 이 레트로바이러스를 억제하면 근처 유전자 발현이 꺼지는 것을 확인했습니다."라고 말했다.

쥐를 대상으로 한 실험에서도 비슷한 결과가 나왔다. 종양 세포에서 LTR10 "스위치"를 제거했을 때 XRCC4라는 유전자를 포함한 암을 촉진하는 주요 유전자도 꺼졌고 종양을 줄이는 치료가 더 효과적이었다. "암세포가 켜지지 않아야 할 유전자를 많이 발현한다는 것은 알지만, 아무도 실제로 무엇이 암세포를 켜는지 모릅니다. 암세포를 켜는 스위치 중 다수가 이 고대 바이러스에서 유래한 것으로 밝혀졌습니다."라고 추옹은 말했다.

기존 치료법이 어떻게 작동하는지에 대한 통찰
특히, 그들이 연구한 내인성 레트로바이러스는 세포 내 신호 전달 경로에서 중요한 역할을 하는 단백질MAP-kinase 경로로 알려진 유전자를 켜는 것으로 보이는데, 이 경로는 많은 암에서 부정적으로 다시 배선 되는 유명한 세포 경로입니다. MAP-kinase 억제제로 알려진 기존 약물은 부분적으로 내인성 레트로바이러스 스위치를 비활성화하여 작용할 가능성이 있다고 이 연구는 제안한다. 저자들은 이 한 가지 레트로바이러스 계열만이 이 경로에서 무려 70개의 암 관련 유전자를 조절한다고 지적한다. 다른 계통은 다른 암을 촉진하는 다른 경로에 영향을 미칠 가능성이 있다.

추옹은 사람들이 나이가 들면서 유전체 방어선이 무너지고, 그로 인해 오래된 바이러스가 다시 깨어나 다른 건강 문제를 일으킬 수 있다고 생각한다. "질병이 세포에서 어떻게 나타나는지에 대한 기원은 항상 미스터리였습니다. 내인성 레트로바이러스가 전부는 아니지만, 그것이 전체 이야기의 큰 부분일 수 있습니다."라고 추옹은 말했다.

참조:
Atma Ivancevic, David M. Simpson, Olivia M. Joyner, Stacey M. Bagby, Lily L. Nguyen, Ben G. Bitler, Todd M. Pitts, Edward B. Chuong. Endogenous retroviruses mediate transcriptional rewiring in response to oncogenic signaling in colorectal cancer. Science Advances, 2024; 10 (29) DOI: 10.1126/sciadv.ado1218