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황대희

서울대학교 생명과학부, 생명과학

30~40대 위협하는 조기발병 위암 유전단백체 기전 규명

공적 요약

황대희 교수는 독창적으로 연구해온 시스템생물학을 기반으로 최근 발생률이 증가하고 있는 조기발병 위암*의 유전단백체를 분석해 그 기전을 밝히고 최적화된 진단?치료법 개발 위한 근본 지식을 제공함

구체적 내용

황대희 교수는 독창적으로 연구해온 시스템생물학을 기반으로 최근 발생률이 증가하고 있는 조기발병 위암*의 유전단백체를 분석해 그 기전을 밝히고 최적화된 진단?치료법 개발 위한 근본 지식을 제공했다.( * 조기발병 위암: 만45세 미만에 발생하는 위암으로 우리나라 전체 위암의 15%를 차지함)
3월 21일은 암 예방과 치료·관리의 중요성을 알리기 위해 세계보건기구가 제정한 ‘암예방의 날’이다. 한국인이 가장 많이 걸리는 암은 위암으로 특히 조기발병 위암은 진단이 늦고 진행과 전이가 빨라 치료가 어렵다. 최근 유전단백체 분석을 통해 조기발병 위암의 분자 특성(signature)*과 생체경로를 규명한 황대희 교수의 이달의 과학기술인상 수상 소식이 더욱 반가운 이유이다.(* 시그니처(signature):유전자와 단백질 변이, 수식화 및 발현량 등의 분자 고유의 특성)
조기발병 위암의 조기진단과 최적의 치료법 개발을 위해 동일 환자의 유전체와 단백체를 동시에 분석하여 진단?치료 및 예후에 관여하는 분자의 특징과 생체경로를 밝힐 수 있는 유전단백체* 연구의 필요성이 오랫동안 제기되어 왔다.(* 유전단백체:개체 내 유전체, 단백체 데이터를 통합해 생체시스템에서의 세포 작용과 기전을 연구하는 학문)
황대희 교수는 국내외 임상의 및 생체데이터 분석전문가와 협업하여 80명의 조기발병 위암 환자의 유전단백체를 수집하고, 이를 둘로 나누어 한쪽은 유전체 분석을, 다른 한쪽은 단백체 분석을 수행하여 관련 암의 진단?치료 및 예후 예측에 사용할 수 있는 유전자 타깃을 찾아냈다.
연구팀은 새로운 조기발병 위암 관련 암유발?억제 유전자를 규명하고, 같은 조기발병 위암이라도 서로 다른 치료반응을 보이는 네 종류의 유형(subtype)으로 분류됨을 밝혔다. 각각의 유형은 증식, 면역 반응, 대사, 침윤 등 서로 다른 세포 신호전달경로에 관여하였다.
더불어 분자의 생체경로에 기반한 조기발병 위암의 예후 예측 및 효과적인 치료법 개발 등에 활용할 수 있는 마커 패널*을 제시하였다. 관련 연구 결과는 캔서 셀(Cancer Cell) 2019년 1월 14일 자에 게재되었다. (* 마커 패널 : 단백질이나 DNA, 대사 물질 등을 이용해 몸 안의 변화를 알아낼 수 있는 지표)
황대희 교수는 “조기발병 위암의 유전자와 단백질을 찾아 관련 암의 발병?진행 관련 메커니즘을 이해하는 기반을 마련하였다”라며 “이들 유전자와 단백질을 포함한 마커 패널을 통해 최적화된 조기발병 위암의 진단 및 치료법이 개발되기 기대한다”고 수상소감을 밝혔다.

주요경력
2019. 3. ~ 현재 서울대학교 자연과학대학 생명과학부 교수
2013. 10. ~ 2019. 2. 대구경북과학기술원 뉴바올로지전공 교수/ IBS 부단장
2006. 7. ~ 2013. 9. 포항공과대학교 I-Bio/화학공학과 조/부교수
2003. 4. ~ 2006. 8. 시스템즈 바이올로지 연구소(Institute for Systems Biology) 박사후 연구원
1998. 9. ~ 1999. 8. 포항공과대학교 자동화연구센터 석사급연구원
주요학력
1999. 9. ~ 2003. 3. 매사추세츠공과대학교 화학공학 박사 (MIT Department of Chemical Eng.,)
1996. 9. ~ 1998. 8. 포항공과대학교 화학공학 석사
1990. 3. ~ 1996. 8. 포항공과대학교 화학공학 학사

시스템의 효율을 높일 변수를 찾아 나섰던 젊은 공학도는 인체를 움직이는 분자에 영향을 미치는 변수로 눈을 돌렸다. 바로 유전체, 단백체와 같은 인체 데이터를 통합 분석하여 네트워크 기반 주요 제어인자와 생체경로를 동정하는 새롭고 독창적인 시스템생물학적 방법을 개발한 서울대학교 생명과학부 황대희 교수이다. 그의 연구 세계는 거시에서 미시로, 기계에서 생명으로 이동하며 연구를 향한 열정과 집념은 더욱 정교해졌다.

황대희 교수는 새로운 도전을 주저하지 않는 연구자의 호기심, 다양한 전공의 과학자들과 소통하며 생물학적 문제를 새롭게 정의, 분석 및 해석해온 시스템생물학의 개척자이다. 평소 우공이산 정신으로 최선을 다하는 성실함, 그리로 사회의 중요한 문제를 해결한다는 과학자로서의 긍지를 강조하는 그의 연구 이야기를 들어보았다.

이달의 과학기술인상 수상을 진심으로 축하드립니다. 수상 소감 부탁드립니다.

감사합니다. 국내외 연구자 40여 명이 지난 5년간 협업하며 진행한 연구결과가 좋은 결실을 맺게 돼 기쁩니다. 무엇보다 저와 함께 연구를 주도적으로 이끌어주신 연구책임자(PI)들께 감사의 말씀을 전합니다. 이번 연구결과가 기반이 되어 조기발병 위암의 발병과 진행에 대한 메커니즘 규명, 나아가 진단/치료 기술 개발이 이루어지길 기대합니다.

화학공학도에서 시스템생물학 개척자로 변신하셨습니다. 연구대상이 거대플랜트에서 미시세포로 바뀌었는데요. 시스템생물학에 관심을 두게 된 계기가 궁금합니다.

저는 학사, 석사까지는 화학공학을 공부하였습니다. 화학공장에 들어가는 반응기, 증류기 등과 같은 시스템에서 압력, 온도, 유속 등과 같은 변수가 생산성에 미치는 영향에 대한 분석법을 연구하였습니다. MIT 박사과정에 진학하며 화학공학 시스템엔지니어링 분야 지도교수님께서 화학공학적 방법을 생체시스템에 적용해 보는 연구를 권유하신 것을 계기로 시스템생물학에 입문하였습니다. 시스템생물학은 시공간적으로 변화하는 생명현상에 있어서 유전자, 단백질, 생체경로 등 가장 중요한 변수를 찾아내고, 이들을 조절하여 생명현상을 제어하거나 질환을 치료할 수 있는 체계적인 방법들을 제시하는 학문입니다.

최근에는 조기발병 위암의 유전단백체 분석을 통해 조기발병 위암 관련 분자 시그니처와 생체경로를 규명하며 학계와 의료계의 주목을 받으셨습니다.

지난 20년간 몇 개의 주요 암 관련 유전자 변이를 이용하여 환자를 진단하거나 치료하는 방법이 널리 사용됐지만, 이제 기존 방법은 한계에 직면하였습니다. 이 같은 문제를 해결하기 위해 수백 명의 환자 시료를 대상으로 유전체 분석을 진행하고 질환관련 변이 및 발현량 변화를 보이는 유전자를 체계적으로 정하는 유전체 연구가 진행됐습니다. 유전자는 결국 단백질로 생산되어 생명현상을 수행하므로, 질환관련 수식화 및 발현양 변화를 보이는 단백질을 체계적으로 동정하는 단백체 연구도 별개로 진행되고 있습니다. 하지만 유전체와 단백체 데이터는 상호보완적인 정보를 제공하므로 동일 환자시료에서 유전체, 단백체 데이터를 동시에 분석하는 유전단백체에 대한 필요성이 대두되었습니다.
조기발병 위암의 유전단백체 분석 연구는 저뿐만 아니라 많은 연구자가 참여했는데요. 이상원, 김광표, 이후근, 양은경 박사가 동일 환자시료에서 유전체와 단백체를 동시에 분석할 수 있는 기술을 개발하였고, 저와 이상혁, 백은옥, 김학균 박사는 이들 데이터를 통합적으로 분석하여 보다 정확한 조기발병 위암 관련 유전자, 단백질 및 생체경로 등을 동정하였습니다.

3월 21일은 암 예방의 날입니다. 교수님의 연구성과는 향후 조기발병 암의 예후 예측 및 치료 방법 개선에 기여하고 나아가 관련 산업의 발전을 견인할 것으로 예상되는데요. 이번 연구성과가 향후 우리 사회에 어떤 영향을 미치길 기대하시나요?

유전체-단백체를 통합적으로 분석하여 예후가 좋은 암, 나쁜 암의 특징을 결정하는 생체네트워크가 보다 명확하고 포괄적으로 규명되었습니다. 생체네트워크의 핵심 유전자와 단백질로 패널을 만들어 각 환자의 시료를 분석한다면 해당 환자의 예후가 좋을지 나쁠지를 예측할 수 있습니다. 또한 핵심 유전자와 단백질을 타깃팅하는 약물을 개발한다면 조기발병 위암의 새로운 치료제를 개발할 수 있습니다. 즉 최적화된 진단 및 치료방법이 없었던 조기발병 위암의 진단, 치료의 패러다임이 변화할 것입니다.
하지만 연구결과가 실제 임상에 적용되려면 다른 환자집단(cohort)에서도 검증이 이루어져야 하고, 검증된 핵심 유전자와 단백질이 실제 진단과 치료에 있어서 유효성이 있는지 실험으로 확인하는 과정이 필요합니다. 관련 분야의 임상연구자를 비롯해 산업체들이 연구를 지속하여 진단/치료제 개발이라는 목표를 달성할 수 있길 기대합니다.

생명공학 분야는 융합연구의 중요성이 강조되곤 합니다. 교수님께서는 다양한 분야의 과학자들과 협업하며 임상에 사용될 수 있는 연구를 진행하셨는데요. 융합연구가 좋은 결실을 보려면 어떤 토양이 필요한가요?

이제 개인이 가진 기술력으로만 연구하는 시대는 지났습니다. 생물학은 다양한 신기술을 적용하여 새로운 생체정보를 얻거나 생체시스템을 조절하며 발전해왔습니다. 세계적으로 사용 가능한 모든 기술을 체계적으로 적용하여, 연구의 목표를 달성하는 것이 최근 연구의 추세입니다. 융합연구는 이제 선택의 문제가 아니라 성공을 위한 선결조건이라 할 수 있습니다. 세계적인 유명 대학들은 융합연구 인재를 양성하는 방향으로 교과과정이 변화하고 있습니다. 성공적인 융합연구가 결실을 보려면, 학부/대학원 교육이 융합연구에 맞는 교육과정으로 변화해야 합니다. 또한 한 교수에게 지도를 받는 전통적인 연구문화도 여러 교수의 지도를 받으며 중요한 생물학적, 임상적 질문에 대한 답을 추구하는 문화로 변화해야 할 필요성이 있습니다.

100세 시대를 맞아 전 세계적으로 인체의 유전정보를 활용한 다양한 연구가 진행되고 있습니다. 평소 유전정보 확보의 중요성을 강조하셨는데요. 어떤 이유인가요?

가까운 미래에 유전정보에 기반을 둔 질환별 감수성 예측이 가능해지면, 정밀의료, 건강보험, 식생활 등을 포함하는 생활 전반에 큰 변화가 일어날 전망입니다. 현재 선진국들이 국가 연구비로, 또 구글과 같은 산업체가 엄청난 연구비를 투자하여 유전정보를 생산하는 근본적인 이유입니다. 연구비 규모가 선진국에 비해 작은 우리나라는 선진국 예산의 10분의 1도 안 되는 연간 150억 원 규모의 시범사업이 시행되고 있지만, 예비타당성조사를 통과해 본 사업을 수행할 가능성은 작아 보입니다. 하지만 유전정보 확보가 늦어지면, 결국은 해외 선진국 유전정보를 사용료를 지불하고 사용해야 할 뿐만 아니라 그들의 데이터에 우리의 의료, 연구, 산업 트렌드를 맞추기 위한 노력을 해야 할 것입니다. 현재도 데이터를 공신력 있는 데이터베이스에 올리지 않으면 논문을 발표할 수 없기에, 국가 연구비로 생산한 모든 유전정보가 무료로 선진국의 데이터베이스에 제공되고 있습니다. 유전정보에 대한 근본적인 논의, 확보 계획, 새로운 의료, 연구, 산업 문화 창출에 대해 절실하게 고민할 때인 것 같습니다.

창의적 연구와 더불어 인재양성에도 큰 노력을 기울이고 계시는데요. 평소 연구자로서, 스승으로서 학생들 또는 연구실 구성원들에게 강조하는 내용도 소개해주세요.

MIT 유학 중 인상 깊었던 점은 학생들의 긍지(pride), 그리고 해결해야 할 중요한 문제에 대한 깊은 성찰이었습니다. 한국의 대학생들과 MIT 학생들의 지적, 사고력의 차이는 없다고 생각합니다. 하지만 MIT 학생들처럼‘MITian은 중요한 문제를 고민하고 해결해야 하는 사람들이다’라는 긍지가 있는 것과 없는 것에 차이가 있습니다. 모든 학생에게 주어진 시간은 동등합니다. 긍지를 가지고 중요한 과학적 문제에 도전하는 것과 논문을 위해 산재한 과학적 문제에 도전하는 태도의 차이는 학부와 석박통합 과정 10년이 지나면 상당한 차이로 나타납니다. 물론 과학적 문제에 대해 중요하고 중요하지 않고를 따지는 것은 어리석은 일입니다. 하지만 학생 각자가 연구에 임하며 “내가 풀고 있는 과학적 문제가 정말 중요한가?, “이 문제를 풀면 세상을 바꿀 수 있는가? 아니면 바꿀 수 있는 토대가 되는가?”와 같은 고민과 성찰을 끊임없이 한다면 분명 더 좋은 연구자가 될 수 있습니다. 때문에 평소 학생들에게 학교, 나아가 국가의 레벨은 구성원의 긍지와 그에 맞는 행동 및 책임감에 의해 결정됨을 잊지 말라고 당부합니다.

연구자로서 귀감으로 삼으시는 인물이나 스승이 계신가요?

저는 평소 우공이산(愚公移山)을 좌우명으로 연구에 임합니다. 한 분야에서 꾸준히 새로운 질문을 찾고 이를 답하기 위해 연구하신 저의 박사학위 지도교수님이신 조지 스테파노펄러스(George Stephanopoulos) 교수님과 박사후연구원 때의 지도교수님이신 르로이 후드(Leroy Hood) 박사님. 두 분의 열정을 존경합니다.

교수님의 연구 분야에서 궁극적으로 도전하고 싶은 목표는 무엇인가요?

정밀의료를 위한 툴을 개발하는 것입니다. 이를 위해서는 정보 생산/확보, 이질적인 다양한 정보의 통합적 분석, 그리고 이를 정밀의료에 적용할 수 있는 방법론 등을 개발해야 합니다. 또한 임상의, 의료정보 데이터사이언티스트, 시스템개발자 등 다양한 연구자와의 협업이 중요합니다. 앞으로 이러한 융합연구에 필요한 연구자를 찾고, 방법론 또한 지속해서 개발할 것입니다.

미래 과학자를 꿈꾸는 학생들에게 한 말씀 부탁드립니다.

앞서 이야기한 바와 같이 긍지와 자부심을 가지고 중요한 문제에 도전하는 열정적인 학생이 되었으면 합니다.

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