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급성 골수성 백혈병 재발 초기 진단을 위한 miRNA 바이오마커

miRNA를 이용한 비침습적인 급성 골수성 백혈병 재발 진단 방법

2024.05.19 | 조회 42 |
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Bi.markey

밝히자, 바이오 세상

📜오늘 우리가 살펴볼 연구는?

  Hornick, N. I., Huan, J., Doron, B., Goloviznina, N. A., Lapidus, J., Chang, B. H., & Kurre, P. (2015). Serum Exosome MicroRNA as a Minimally-Invasive Early Biomarker of AML. Scientific reports, 5, 11295.

논문 바로가기⤴️

👉🏻 이번 연구의 시작점

급성 골수성 백혈병 Acute myeloid leukemia에 대해서 들어보셨나요?

급성 골수성 백혈병은 미국에서 매년 10000명 이상을 사망으로 이끄는 원인입니다.

5년간 전체 생존률이 25%로 낮으며 대다수가 재발을 경험합니다.

급성이라는 이름에서 알 수 있다시피 빠르게 성장하고 확산하는 특성을 갖고 있기에 잔여 질병을 최대한 빠르게 감지하여 재발 후 빠른 치료가 중요합니다.

 

🔓현재 급성 골수성 백혈병의 재발 진단은 어떻게 할까요? 

먼저 혈액 검사가 있습니다혈액을 채취해 백혈병 세포를 확인하는 방식인데요 질병이 진행된 상태에서 확인 가능합니다.

또는 골수에서 샘플을 채취하여 진단을 내릴 수도 있습니다.

그러나 이 두 가지 모두 환자에게 침습적인 진단 방법입니다.

침습적이지 않은 방식으로 어떻게 최소 잔여 질병(minimal residual disease : MRD)를 확인할 수 있을까요?

이 질문을 해결하기 위해 이번 연구에서는 초기 질병 상태에서 MRD를 반영한 생체 통계 모델을 개발했습니다.  

혈청 엑소좀은 세포 간 신호 전달에 관여하고 그 안에 miRNA등 다양한 유전자와 단백질을 포함하고 있습니다. 

효율적, 비침습적으로 진단이 가능하다는 장점을 가지고 있기에 혈청 엑소좀의 miRNA를 사용했답니다.

최소 잔여 질병" 또는 MRD (Minimal Residual Disease)🤔 암 치료 후 남아 있는 암 세포의 작은 수를 말합니다. 표준 진단 방법으로는 감지하기 어려울 정도로 적은 양입니다. 그러나 증가할 경우 재발의 가능성을 나타내는 중요한 지표가 됩니다!

 

⚡알아낸 사실1 : Molm-14 AML 세포 NSG 마우스에 이식한 모델이 AML 질병을 잘 재현함 확인.

🤔Molm-14 세포는 급성 골수성 백혈병을 연구하기 위해 사용하는 세포주입니다.

🤔세포주는 계속해서 증식할 수 있는 세포 집단입니다  

Molm-14 세포를 NGS 마우스, 즉 유전적으로 조작되어 면역 반응이 거의 없는 실험용 마우스 모델,에 이식합니다. NGS 마우스는 면역 반응을 보이지 않기에 인간의 암 세포주를 이식했을 때 거부반응 없이 받아들일 수 있습니다.

🧪백혈병 세포뿐 아니라 골수 세포도 혈청 exosome에 영향을 줄 수 있음을 확인하였기에 백혈병 세포와 exosome 등 연구에 사용될 수 있음을 확인했습니다.

 

⚡알아낸 사실2 : AML 세포와 Stromal 세포

AML 세포와 Stromal 세포에서 분비되는 exosome 특정 miRNA를 선별적으로 포함하고 있으며, 이는 AML 병리에 중요한 역할을 할 것으로 보입니다!

 
 

Let-7a, miR-99b, -146a, -155, -191, -1246 등의 miRNA cell 대비 exosome에서 최대 1,000배 이상 농축되어 있음,

🧪즉 이 miRNA들은 exosome에 특이적임을 확인하였습니다.

 

 

⚡알아낸 사실3 : 기존의 MRD 감지 기술의 한계

기존의 MRD 감지 기술은 백혈병 세포의 양을 파악하는 데 한계가 있습니다

유세포 분석(세포 특성을 이용해 생물학적 입자를 비파괴적으로 분석)을 이용해 말초혈액 단핵구(PBMC)를 관찰하지만 이는 백혈병 검출에 신뢰할 수 없는 방입니다.

항암제를 이용해 AML을 치료할 때 말초 혈액에서 Molm-14 세포를 효과적으로 제거하였지만 골수 내의 백혈병 세포는 제거하지 못합니다.

따라서 골수 내 백혈병 세포 상태를 함께 고려해야 합니다.

연구진은 항암제가 엑소좀 miRNA의 안정성을 미치는 영향도 측정하였습니다.

AML 세포주에 Cytarabine과 Quizartinib을 적용후 miRNA 발현의 변화를 측정했어요!
AML 세포주에 Cytarabine과 Quizartinib을 적용후 miRNA 발현의 변화를 측정했어요!

Cytarabine 처리 후 2배 이상 변화하는 miRNA가 없음을 확인했습니다.

Quizartinib 처리 후에도 엑소좀 miRNA 수준의 변화가 크지 않음을 알 수 있습니다!

 

🧪 변화가 크지 않아서 안정적으로 질병 상태를 대변할 수 있음을 알아내었습니다.

 

⚡알아낸 사실4 : 혈청 엑소좀 miRNA는 병의 진행 속도 반영

AML과 관련성이 있으면서 exosome에 포함되는 4가지 miRNA (miR-150,155,221,1246)의 혈청 수준을 비교하였습니다.

miR-155의 경우 Molm-14를 이식 후 14일, 21일 후 혈청에서 증가함을, 

miR-150은 이식 후 14일, 21일과 대조군 사이에 유의미한 차이가 있음을, 

miR-1246은 14일에서 21일이 되면서 시간에 따라 수치가 증가함을 확인했습니다.

이중 miR-150, -155, -1246으로 구성된 엑소좀 miRNA 점수 모델을 진단 성능을 파악하기 위해 ROC 곡선을 구현하였습니다.

진단 성능은 세가지를 다 사용하였을 때 0.8로 가장 높아 백혈병 이식 마우스와 대조군을 잘 구분하는 것으로 나타났습니다!

연구진은 이 세가지 miRNA를 조합한 모델로 실험 동물 샘플에 대한 혈청 exosomal miRNA 점수를 계산하였습니다.

특이도(Specificity:Sp), 민감도(Sensitivity:Se) , 민감도와 특이도 균형(S/S)를 기준으로 계산했어요.

1. 특이도 최적화 기준: 정상 대조군의 위양성을 제거할 수 있었지만 일부 백혈병 샘플이 누락되었습니다.

2. 민감도와 특이도 균형 고려: 9개중 8개의 백혈병 샘플을 검출하였고 4개의 대조군 중 1개만 양성으로 판단했습니다.

3. 민감도 최적화 기준: 모든 백혈병 샘플을 검출하였지만, 정상대조군 중 일부가 양성으로 판단되었습니다. 

 

🧪이 결과 혈청 엑소좀의 miRNA 변화가 상대적으로 안정적인 마커임을 증명할 수 있었습니다! 

 

⚡알아낸 사실5 : AML 바이오마커로 엑소좀 miRNA의 사용

HL-60(급성 골수성 백혈병 세포) NGS 마우스에 이식하여 분석하였습니다.

miR-150,155,1246 모두 HL-60 이식 마우스에서 유의미한 차이를 확인하였습니다.

알아낸 사실 4 에서 얻은 알고리즘을 사용하면 HL-60 또한 100% 예측할 수 있었습니다. 

빨간색은 AML환자, 파란색은 대조군인 정상인의 샘플입니다
빨간색은 AML환자, 파란색은 대조군인 정상인의 샘플입니다

또한 AML 환자 3명과 정상인 3명의 miRNA를 비교한 결과 miR-150,155,1246의 차이를 확인할 수 있었습니다. 그러나 이 경우 표본이 작아 통계적 유의미성은 얻을 수 없었습니다.

 

🆕Discussion

여러 miRNA 결합, AML 질병 상태를 가장 잘 대표하는 집단을 도출할 수 있었습니다!

특히 miR-150, -155 , -1246 결합 시 진단에 대한 민감도, 특이도가 증가하였습니다화학 요법의 영향이 크지 않고 전체 악성 미세환경을 반영하기에 AML을 진단하는데 한발짝 다가가게 되었습니다🧪

앞으로 혈청 엑소좀을 이용한 분석 기술의 발전이 얼마나 많은 변화를 가져오게 될지 기대되지 않나요?😊😊

 

🖊️작성자: 송채연(areca527@naver.com)

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