KRAS G12D 마우스 모델을 활용한 폐암 치료법 평가
이번 호에서는 가장 흔한 암 관련 K-Ras 돌연변이인 K-Ras(G12D)를 기반으로 한 폐암 KS 마우스 모델을 소개합니다. 폐암은 전 세계적으로 가장 흔한 암으로, 2020년에 전 세계적으로 220만 건 이상의 신규 사례가 보고되었습니다. 중국 국가암센터에서 발표한 자료에 따르면, 2015년 기준으로 폐암은 중국에서 모든 악성 종양 중 유병률과 사망률이 가장 높은 질환으로 자리 잡았습니다. 2023년 미국 NIH 국립암연구소의 추정에 따르면, 폐암은 전국적으로 신규 암 사례의 12.2%를 차지하고 있습니다.[7] 폐암의 높은 유병률과 사망률은 전 세계 공중보건에 큰 부담을 주며, 임상 및 전임상 연구의 긴급한 필요성을 강조합니다.
타겟 유전자 편집 및 폐암 발병
폐암은 비소세포 폐암(NSCLC)과 소세포 폐암(SCLC)이라는 두 가지 조직학적 하위 유형으로 나뉩니다. NSCLC는 전체 폐암의 약 85%를 차지하고, SCLC는 15%를 차지합니다. NSCLC는 폐 선암(LUAD), 폐 판상세포암(LSCC), 대세포 폐암(LCC)으로 더 세분화될 수 있습니다. KRAS는 NSCLC에서 가장 흔한 온코유전자이며, K-Ras(G12D)는 가장 흔한 암 관련 K-Ras 돌연변이입니다. 정상 세포에서는 K-Ras(KRAS) 단백질이 세포 성장 신호 경로의 중심 역할을 하여 종양 억제 효과를 발휘합니다. 돌연변이가 발생하면 KRAS가 지속적으로 활성화된 상태가 되어, 세포의 무제한 증식을 유도하고 NSCLC 내에서 선암이 발생하게 됩니다. KRAS G12D 돌연변이는 폐암에서 흔하며, 많은 폐암 모델은 KRAS G12D를 과발현하는 마우스를 기반으로 합니다.[2-3]
최근 Ferone 및 동료들은 다양한 폐암 마우스 모델의 특징을 요약하며, 이러한 마우스 모델에서 종양의 이질성, 침습성 및 치료 반응/내성은 세포의 기원과 유전자 돌연변이의 조합에 의해 결정됨을 발견했습니다. 예를 들어, KRAS 또는 EGFR 온코유전자 돌연변이를 지닌 II형 폐포세포는 LUAD의 주요 기원으로 나타났으며, 돌연변이를 가진 클럽세포의 증식은 더 자주 낭성 종양 형태를 보였습니다.[4-5]
KS 마우스 모델: KRAS G12D의 세포 특이적 발현
SFTPC는 II형 폐포세포의 마커 유전자입니다. Cyagen은 조건부로 KRAS G12D 돌연변이를 과발현하는 Lox-Stop-Lox (LSL)-K-ras G12D 마우스 (제품 번호: C001064)와 Sftpc-MerCreMer 마우스 (제품 번호: C001501)를 교배하여 자손을 생산했습니다. 타모크시페인 유도를 통해, SFTPC 양성 II형 폐포세포에서 유래한 돌연변이 KRAS G12D 온코단백질이 발현되는 KS 폐암 마우스 모델을 확보했습니다 (제품 번호: C001514). 이 균주는 암 연구 및 치료제 개발에 유용할 수 있습니다.
폐암 연구를 위한 KS 마우스 모델
폐암 연구를 위해 개발된 KS 마우스 모델은 인간 암과 자주 연관되는 점 돌연변이 알레르인 K-ras G12D를 SFTPC 양성 II형 폐포세포에서 발현하고 있습니다. 모델 검증 실험 결과는 이 모델이 종양학 및 치료 연구에 있어 잠재적 활용 가능성을 시사합니다.
타모크시페인 치료 6주 후, KS 마우스의 폐 조직에 심한 종양 침윤이 관찰됨
조기 폐암 진단을 위해, 중국 폐암 스크리닝 기준은 저선량 나선형 CT를 권장하고 있습니다.[6] Cyagen은 조기 단계의 KS 마우스 모델에 대해 폐 CT 촬영을 실시하여 종양 발생 여부를 확인했습니다. 그 결과, 타모크시페인 치료 후 6주가 지나자 마우스 폐 조직에 이미 심한 종양 침윤이 나타났습니다.
KS 마우스는 비정상적인 성장 및 발달을 보임
체중 및 생존 곡선 데이터에 따르면, 타모크시페인 처리된 KS 마우스의 체중은 생존형(WT) 마우스보다 유의미하게 낮으며, 여성과 남성 모두에서 동일한 경향이 관찰되었습니다. 또한 KS 마우스의 생존율은 타모크시페인 유도 후 9주차부터 감소하기 시작하여, 유도 후 13주차에는 모든 마우스가 사망하였으며, 문헌에 보고된 생존 시간과 일치합니다.[5]
KS 마우스는 폐 및 비장에서 이상이 관찰됨
유도 완료 후 다양한 시점에서 KS 마우스의 폐를 관찰한 결과, 생존형(WT) 마우스와 비교해, 유도 완료 후 6주차부터 폐에 종양세포 침윤이 명확히 관찰되었으며, 폐는 밀도가 높고 확대된 구조를 보였습니다. 유도 완료 후 12주차에는 KS 마우스의 비장에서 비정상적인 비대가 관찰되었습니다.
기타 조직의 병리학적 상태
유도 완료 후 12주차에 KS 마우스의 비장, 신장, 간, 췌장 조직에 대해 H&E 염색을 실시했습니다. 그 결과, 대조군과 비교해 신장, 간, 췌장에는 이상이 없었으나, 비장에서는 백색질의 비정상적인 비대가 관찰되었습니다.
결론
KS 마우스 모델은 KRAS G12D 돌연변이를 표적으로 하는 치료 평가를 위한 더 적합한 전임상 도구를 제공합니다. KS 마우스는 타모크시페인 유도 후 6주차부터 체중 감소를 시작하며, 나이가 들수록 호흡곤란 증상을 보이며, 유도 후 13주차에 모두 사망합니다. 병리학적으로, KS 마우스의 폐는 유도 후 6주차부터 심각한 종양세포 침윤이 시작되어 폐가 확대되고 변형되며, 밀도가 높고 붉은 색조를 띠며, 주 12주차에는 고도의 병태학적 상태에 도달합니다. 따라서 종양의 효율적이고 빠른 발병을 보장하면서도, 기전 연구 및 약물 개발을 위한 확장된 실험 창을 제공합니다.
KS 폐암 마우스 모델 외에도, Cyagen은 간암, 췌장암, 유방암, 위장관암 등을 포함한 다양한 자발적, 유도성 또는 CDX(Cell-Derived Xenograft) 종양 모델을 제공합니다. 또한 연구자의 요구에 따라 맞춤형 또는 공동 개발 모델도 가능합니다. 저희 모델에 관심이 있으시거나, 연구 목적에 맞는 모델 개발과 협업을 희망하시는 경우, 즉시 저희에게 연락해 주시기 바랍니다!
참고문헌
[1] Sun D, Li H, Cao M, He S, Lei L, Peng J, Chen W. Cancer burden in China: trends, risk factors and prevention. Cancer Biol Med. 2020 Nov 15;17(4):879-895.
[2] Kwon MC, Berns A. Mouse models for lung cancer. Mol Oncol. 2013 Apr;7(2):165-77.
[3] WebMD. (2023, December 19). Gene Mutations in Non-Small-Cell Lung Cancer. Retrieved from https://www.webmd.com/lung-cancer/story/nsclc-gene-mutations
[4] Ferone G, Lee MC, Sage J, Berns A. Cells of origin of lung cancers: lessons from mouse studies. Genes Dev. 2020 Aug 1;34(15-16):1017-1032.
[5] Xu X, Rock JR, Lu Y, Futtner C, Schwab B, Guinney J, Hogan BL, Onaitis MW. Evidence for type II cells as cells of origin of K-Ras-induced distal lung adenocarcinoma. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Mar 27;109(13):4910-5.
[6] China National Cancer Prevention and Control Network. (2023, December 19). Guide Standard Detail. Retrieved from http://www.chinancpcn.org.cn/guideStandardDetail?id=6
[7] “Cancer of the Lung and Bronchus - Cancer Stat Facts.” Surveillance, Epidemiology, and End Results Program, National Cancer Institute, National Institutes of Health, seer.cancer.gov/statfacts/html/lungb.html. Accessed 14 Mar. 2024.
