02. 암세포와 오믹스 데이터
암은 하나의 버그로 생기는 상태가 아니라, 세포의 여러 보호 장치가 차례로 무력화된 상태에 가깝습니다. DNA·RNA·단백질 데이터를 함께 보면 어느 제어 규칙이 달라졌는지 서로 다른 계층에서 추적할 수 있습니다.
이 수업의 질문: 암세포의 변화를 왜 여러 종류의 생체 데이터로 관찰하는가?
| 관찰할 계층 | 확인하는 변화 |
|---|---|
| DNA | 제어 규칙을 담은 서열이 바뀌었는가 |
| RNA | 특정 유전자의 사용량이 달라졌는가 |
| 단백질 | 기능을 수행하는 산물의 양과 상태가 달라졌는가 |
1. 여러 제어 장치가 차례로 고장 난다
섹션 제목: “1. 여러 제어 장치가 차례로 고장 난다”정상 세포는 필요할 때만 분열하고, 심하게 손상되면 스스로 사멸하며, 조직(tissue) 안의 정해진 위치를 지킵니다. 세포에는 성장, 분열, DNA 복구, 사멸을 제어하는 여러 회로가 있습니다.
입력 검증 하나가 빠졌다고 시스템 전체가 바로 무너지지는 않습니다. 다른 검증과 rate limit, health check가 문제를 막을 수 있습니다. 세포도 제어 회로 하나의 변화만으로는 암이 되지 않는 경우가 많지만, 추가 변화가 누적되면 계속 증식하는 상태가 선택될 수 있습니다.
- 성장이나 사멸을 제어하는 유전자에 중요한 변이가 생깁니다.
- 그 세포가 분열해 같은 변이를 가진 세포 집단을 만듭니다.
- 집단 안에서 추가 변이가 계속 생깁니다.
- 더 잘 살아남고 더 빨리 늘어나는 세포가 많아져 종양이 됩니다.
암의 성장에 직접 유리한 변이를 드라이버 변이(driver mutation), 같은 변이를 가진 세포 집단을 클론(clone) 이라고 합니다. 변이가 쌓이고 유리한 클론이 선택되는 전체 과정은 암 진화(cancer evolution) 입니다.
한 종양 안에도 서로 다른 변이를 가진 클론이 섞여 있습니다. 이를 종양 이질성(heterogeneity) 이라고 합니다. 한 치료가 일부 클론만 제거하면 다른 클론이 남아 다시 늘어날 수 있기 때문에 중요합니다.
2. 오믹스는 시스템 전체의 telemetry다
섹션 제목: “2. 오믹스는 시스템 전체의 telemetry다”한두 개의 유전자만 검사하지 않고 DNA 전체, RNA 전체, 단백질 전체를 넓게 측정한 결과를 오믹스 데이터라고 합니다.1
단일 로그 한 줄을 조회하는 대신 시스템 전체의 telemetry를 수집하는 접근과 비슷합니다. 측정 범위가 넓어지는 만큼 결과는 큰 데이터셋이 되고, 질문에 맞는 feature를 다시 골라야 합니다.
- DNA 데이터는 어떤 염기가 바뀌었는지 보여줍니다.
- RNA 데이터는 어떤 유전자가 얼마나 사용되는지 보여줍니다.
- 단백질 데이터는 어떤 단백질이 얼마나 만들어졌는지 보여줍니다.
세 계층의 신호가 항상 일치하지는 않습니다. DNA에 변이가 있어도 해당 유전자가 사용되지 않을 수 있고, RNA가 많아도 단백질이 바로 활성 상태라는 뜻은 아닙니다. 여러 계층을 함께 보는 이유는 한 계층의 관측값으로 다른 계층을 추측하는 데 한계가 있기 때문입니다.
Rosie 신항원 PoC에서는 종양 DNA, 정상 DNA와 RNA 증거가 각각 어떤 잘못된 후보를 막는지 한 단계씩 확인합니다.
3. 생체 시료가 분석 파일이 되는 과정
섹션 제목: “3. 생체 시료가 분석 파일이 되는 과정”DNA와 RNA는 A·C·G·T(U)의 순서를 읽는 시퀀싱으로 측정합니다. 현대에는 수많은 조각을 동시에 읽는 NGS2를 사용합니다. 단백질은 염기서열이 아니므로 보통 질량분석 같은 다른 장비로 측정합니다.
조직·혈액 채취 → DNA·RNA 추출 → 라이브러리 제작 → 시퀀싱 → FASTQ → 컴퓨터 분석
라이브러리 제작은 DNA·RNA를 장비가 읽을 수 있는 조각으로 패키징하는 단계입니다. 시퀀서가 읽은 조각은 read이고, 각 read의 서열과 글자별 신뢰도는 FASTQ3에 저장됩니다.
조직이나 혈액에서 DNA·RNA를 꺼내 장비로 읽고, 분석할 수 있는 파일로 바꾸는 흐름.
암은 여러 제어 회로의 변화가 축적되고, 서로 다른 변화를 가진 클론이 함께 존재하는 상태입니다. DNA, RNA, 단백질은 각각 저장된 변화, 현재 사용량, 실제 기능 산물을 보여 줍니다.
다음 어떤 생체 데이터를 만들 것인가에서는 질문과 비용에 맞춰 측정 범위와 해상도를 선택합니다.