암은 유전자의 돌연변이로 인해서 생기는 질환입니다. 암을 일으키는 유전자 돌연변이를 막고 돌연변이로 인해 일어나는 암을 일으키는 세포내 신호전달물질을 차단함으로서 암을 접근하고 치료하는 방식이 연구되고 있습니다. 화학요법이나 방사선요법같은 치료는 암세포 외에 정상적인 세포를 손상시키지만 암세포가 발생하는 원인과 기전을 밝혀 치료하면 암세포 자체만 고치거나 제거하게 되어 부작용을 낮출 수 있습니다. 하지만 암세포의 돌연변이는 유전자 하나의 문제가 아니라 여러 유전자의 문제이고 계속 변이가 일어나고 불안정합니다. 암환자의 암세포는 지속적으로 변하고 있는 것이 이런 방식으로 접근하는 것은 불안정성에 영향을 미치는 여러 가지 요인들을 고려해서 생각해야 합니다.

DNA돌연변이로 인한 질환인 암
암은 한가지 질환이 아니라 질환의 집합이라고 생각하는 게 맞습니다. 암은 몸의 여러 기관에 영향을 미치고 여러 가지 분자적인 원인이 암을 유발하기 때문입니다. 암의 가장 특징적인 점은 조절되지 않은 세포의 성장입니다. 정상적인 세포는 분열할 때, 조절하는 신호를 받아 분열하는 속도를 조절하고 분열시 문제가 생기면 문제가 해결될 때 까지 분열되지 않도록 합니다. 암세포는 겉보기에도 정상세포와 다른 크기와 모양을 가졌지만 가장 특징적인 차이는 조절 받지 않고 분열한다는 점입니다. 정상세포보다 빨리 분열하기 때문에 암세포는 정상세포를 둘러싸고 정상세포의 역할을 방해하여 문제를 일으킵니다. 대부분의 암세포는 체세포 돌연변이(somatic mutation)를 통해 세포분열 조절하는 신호를 무시하고 비정상적인 세포를 죽이는 기전을 방해하고 전이를 일으킵니다.

정상세포는 성장인자와 성장억제인자를 통해서 세포분열이 조절됩니다. 세포를 성장하고 분열하게 하는 성장인자는 proto-oncogenes와 연관되어 있고 성장억제 인자들은 tumor suppressor genes과 연관되어 있습니다. 암세포의 경우 proto-oncogenes은 gain-of funtion mutation을 일으킵니다. 다시 말하면 유전자의 발현빈도가 높아지거나 연관된 단백질의 활동이 증가하는 것입니다. 이런 방식으로 암세포는 정상세포보다 더 빠른 속도로 성장하고 분열합니다. gain-of function mutation의 경우 대립유전자중 한가지 만 변이가 일어나도 유전자발현과 단백질역할에 영향을 미칩니다. 암세포에서 tumor suppressor genes의 경우 loss-of function mutation을 일으킵니다. 세포분열을 억제하는 기능을 저하시켜 세포분열을 촉진하는 것입니다. 이 경우는 대립유전자 2개가 다 돌연변이가 일어났을 때 유전자 돌연변이가 발현됩니다.

이런 돌연변이는 일반적으로 DNA repair 기전에 의해서 발견되고 고쳐지는데 DNA repair 시스템에 loss-of mutation이 생기면 돌연변이는 고쳐지지 않고 계속 쌓이게 되어 세포자체에 해롭게 됩니다. 이 변이가 우리 면역시스템에 의해서 인식되면 변이가 일어난 세포는 제거 됩니다. 암은 driver mutation의 축적으로 인해서 발생합니다. 돌연변이 중 암세포가 생기는데 직접적으로 영향을 미치는 돌연변이를 driver mutation이라고 하고 그렇지 않은 돌연변이를 passenger mutation이라고 합니다. 암은 오랜 기간에 걸쳐서 생기는데 2-20가지 돌연변이가 쌓여서 발생합니다. 돌연변이가 많이 쌓여 심각해지면 어떤 세포들은 세포자살을 합니다. 하지만 일부는 살아남아 암세포가 됩니다.

암은 유전적인 요인에 의해서 발생하기도 하고 환경적인 요인에 의해서 발생하기도 합니다. 유전적인 요인에 의해서 발생하는 암의 경우, 같은 종류의 암이 가족과 친척들 사이에서 빈번하게 발생합니다. 정상세포가 암세포로 변하도록 하는 유전자 돌연변이의 여러 과정 중 처음 시작 단계인 driver mutation은 대부분의 사람에게서는 오랜 시간을 걸쳐야하고 passenger mutation(암과 상관없는 돌연변이)이 쌓인 후 발생하지만 유전적인 요인을 가지고 있는 사람들은 이런단계를 거치지않고 암의 시작단계에서 생기는 돌연변이 유전자(driver mutation)를 갖고 태어납니다. 환경적인 요인인 흡연이나 자외선 노출등도 유전자 돌연변이를 일으킵니다. 암을 발생시키는 여러 단계의 돌연변이를 빨리 쉽게 일어나게 합니다. 또한 암 조직안의 암세포들은(같은 조직이라도) 각각 다릅니다.

암 유전자의 영향
암유전자는 여러 가지로 발현되어 정상세포가 암세포의 특징을 갖도록 합니다.

리셉터에 미치는 영향
세포막에 있는 리셉터들은 세포외 리간드와 결합하여 세포내로 신호전달을 보냅니다. 이런 기전을 통해 세포 내 핵단백질에 영향을 미쳐 세포를 조절합니다. 암세포는 리셉터와 신호전달 과정에 문제가 생겨 세포가 정상적이지 않은 속도로 분열하고 외부의 성장억제인자에 반응하지 않게 됩니다.

핵 단백질에 미치는 영향
핵 안에 들어가서 유전자를 직접 조절하는 것을 핵단백질이라고 하고 이것은 세포내 신호전달을 통해서 조절을 받습니다. 대표적인 것이 transcription factors(TF)로 TF는 DNA 프로모터 부분에 붙어서 그 부분의 유전자의 발현을 조절합니다. 세포를 자라게 하고 분열시키는 단백질이나 신호전달요소들이 많이 발현되도록 TF가 지속적으로 프로모터에 붙으면 암을 일으키게 됩니다.
TF이외에 DNA repair factors가 있습니다. DNA에 손상이 생겼을 때 이것을 감지하고 고치는 역할을 하는 것입니다. 정상세포가 암세포로 변하는 과정에서 이 역할이 억제되거나 잘 발현되지 않아서 수리되지 않은 DNA가 쌓여 돌연변이를 일으키고 결국 암세포의 특징을 갖게 되는 것입니다.

세포내 단백질에 미치는 영향
세포내 단백질은 유비퀴틴화를 통해 필요 없는 단백질은 없어집니다.(단백질이 유비퀴틴화 되면 프로테아솜에서 분해됨) 이것을 통해 세포내 단백질은 안정화되는데 암세포의 경우 유비퀴틴화하는 기전에 영향을 미쳐 세포내 단백질의 안정성을 파괴하고 암을 일으킵니다. 세포 사이클 조절 기전에도 영향을 미치는데 세포 사이클은 각 단계마다 체크 포인트가 있습니다. 그 부분에서 돌연변이가 생기면 세포는 정상적인 사이클에서 벗어나서 암세포의 특징을 갖게됩니다. 또한 비정상적인 세포(돌연변이 축적)는 세포자살을 통해 더 이상 분열되지 못하게 되는데 이런 기전도 암세포에서는 작동하지 않아 비정상적인 세포도 계속 분열합니다.

암의 경로(cancer pathway)
암은 정상세포의 기능과 조절이 분자수준에서 지속적으로 변하고 축적되어 생기는 질환입니다. 암을 제거하고 효과적으로 제어하기 위해서 암의 경로를 이해하고 막는 것이 중요합니다. 일반적으로 정상세포가 암이 되는 과정에서 유전변이나 후천유전 변이 등의 한 가지 이상의 암 경로를 통해서 정상세포가 암세포로 변화 됩니다. 이 경로를 타겟 하여 막는 것으로서(약이나 작은 분자들을 이용해서) 암세포의 성장을 억제하고 암세포를 죽일 수 있습니다. 이것이 암 정밀의학이고 표적항암치료입니다.

신호전달에 영향을 미치는 단백질, 세포자살을 조절하는 물질, transcription factor들을 발현하는 유전자나 단백질이 암의 경로로 밝혀졌습니다. 암세포는 경로를 이용하여 외부 신호를 내부에 전달하는 방식과 핵 안에 transcription factor와 세포 내 단백질의 안정성이 변하는데 정상세포와 다른 암세포만의 세포 성장과 분열 그리고 소멸의 특성을 갖습니다.