암 분류법

암의 정의

- 암은 세포 주기 조절이 되지 않고 계속 세포 분열을 하는 질병의 통칭이다. 정상적인 세포는 일정한 주기를 가지고 분열하며 특정 조건이 만족되거나 한계 이상으로는 분열하지 않지만 암을 계속해서 분열하기 때문에 정상적인 기능을 하는 세포에 비해 수가 많으며 몸의 밸런스를 무너뜨리게 된다.

- 악성 종양이라고도 불리는데 양성 종양과는 구분을 해야한다. 일반적으로 종양은 비 정상적인 세포 덩어리를 의미하며 다른 조직으로 전이가 일어나면 악성 종양 그렇지 않으면 양성 종양이라고 부른다. 양성 종양은 발견시 제거하면 재발 위험이 낮지만 악성 종양은 이미 다른 조직으로 전이 했다면 찾기가 굉장히 어렵기 때문에 재발 위험이 높다.

- WHO에 의하면 neoplasm은 크게 4개의 범주로 구분할 수 있다.

 1) benign neoplasms : 양성 종양

 2) in situ neoplasms : 상피 내암

 3) malignant neoplasms : 악성 종양

 4) neoplasms of uncertain or unknown behavior : 

암종과 육종

- 악성종양은 발생 부위에 따라 암종(Carcinoma)와 육종(Sarcoma)로 나뉜다.

- 암종은 점막, 피부 같은 상피성 세포에서 발생한 악성종양을 뜻하고 육종은 근육, 결합조직, 뼈, 연골, 혈관 등의 비상피성 세포에서 발생한 악성종양을 뜻한다.

- carcinoma는 기원한 세포에 따라 아래처럼 나눌 수 있다. (예시 외에도 존재하지만 드물게 나타남으로 생략한다.)

 1) Adenocarcinoma : 선암종

   점액 등 피복원주상피, 선상피 세포로부터 발생한다.

 2) Squamous cell carcinoa : 편평세포암종

  중층편평상피세포를 가진 피부, 구강, 인두, 식도, 질, 자궁질부 등의 점막에서 발생한다.

 3) Adenosquamous carcinoma : 선편평세포암종

 4) Large cell carcinoma : 대세포암종

 5) Small cell carcinoma : 소세포암종

더 자세히 알고 싶으면 oncotree 사이트에 32개의 sample에 따른 685개의 암 종류를 확인할 수 있다.

고형암과 혈액암

- 고형암은 암 세포가 자라면서 덩어리를 이루는 암을 말한다. 간암, 폐암, 유방암, 위암 등 대부분의 암들이 여기에 해당하며 치료를 위해서는 해당 부위를 절제 후 항암, 방사선 치료 등을 시행한다.

- 혈액암은 혈액이나 조혈기관, 림프절, 림프 기관 등 혈액을 구성하는 성분에 발생한 암을 말한다. 백혈병, 악성림프종, 다발성골수증 등이 여기에 해당하며 전체 암의 약 5~10%정도의 비율을 차지한다.

Reference -

http://oncotree.mskcc.org/#/home

LoFreq: a sequence-quality aware, ultra-sensitive variant caller for uncovering cell-population heterogeneity from high- throughput sequencing datasets

0.05% 이하의 vary rare variants을 near-perfect specificity로 detect할 수 있는 tool LoFreq을 개발하였으며 이를 simulated and real dataset으로 성능 비교 해보았다.

sequencing error modeling

- Phred score에 기반하여 read의 각 base의 sequencing error probability를 Bernoulli trial로 계산한다. 그리고 variant으로 detect된 position을 Poisson-binomial distribution으로 계산하여 exact P-value를 구한다. 

calling somatic|sample-specific variants

- tissue A와 B가 있을 때 A에서 variants로 확인된 포지션을 B에서 확인해보고, B에서 확인되지 않았다면 해당 영역의 coverage가 충분한지 여부를 binomial test에 기반하여 계산한다. coverage가 충분하다면 sample-specific 충분하지 않다면 somatic으로 분류한다.

Expreimental validation은 Fluidigm digital array와 Sequenom MassArray를 사용하였으며 Simulated population은 DENV2 sample에서 6개를 random sampling하여 구하였다.

결과를 보면 기존에 프로그램들과는 다르게 large genome에서도 작동할 수 있게 optimize되어 있으며 low-depth에서도 잘 작동하지만 충분한 depth에서 더 low-frequency variant를 찾아낼 수 있다.

source -

Andreas Wilm et al., LoFreq: a sequence-quality aware, ultra-sensitive variant caller for uncovering cell-population heterogeneity from high-througput sequencing datasets, Nucleic Acids Research, 2012

CancerSCAN

LabGenomics에서 SGI로부터 기술이전을 받아 서비스 하고 있는 Cancer Scan의 method에 관한 리뷰이다.

Cancer Scan (Cancer Somatic mutation call for Clinical reports with ANnotation)의 궁극적인 목적은 암환자의 종양 샘플에서 주요 유전자의 변이를 검출하여 맞춤형 치료를 가능하도록 하는 것이다.

잘 알려진 pathogenic gene 381개를 타겟하는 패널을 제작하여 mean 800x 이상을 sequencing하고 여기에 SNVs, INDELs, Fusion gene, CNV를 찾아내는 tools을 사용한다.

사용하는 tool로는 Mutect, LoFreq, pindel과 local script를 사용한다.

파이프라인은 tumor purity, treatment-induced mutation 등으로 발생한 low variant allele frequency도 잘 찾아낼 수 있으며 약 800X의 depth를 생산하여 FFPE등의 정제도가 떨어지는 검체에서도 높은 sensitivity를 가진다는 것이 장점이다.

실제 clinical samples에서는 tumor purity가 매우 낮기 때문에 이러한 low-variant allele frequency를 가지는 변이를 찾아내는것이 매우 중요하다.

이미 7,000명 이상의 한국인 환자의 데이터 분석을 통해 한국인에게 맞는 분석 데이터 베이스를 확보하였으며 지속적인 Annotation 데이터베이스 업데이트로 질병 변이가 일어난 유전자에 따른 최신의 표적 항암제 정보도 제공하고 있다. 

Reference -

Hyun-Tae Shin et al, Prevalence and detection of low-allele-fraction variants in clinical cancer samples, NatureCommunications, 2017

DOI: 10.1038/s41467-017-01470-y

CRISPR editing

- CRISPR-C2c2

많은 바이러스가 DNA가 아닌 RNA를 유전정보로 사용하고 있기 때문에 DNA가 아닌 RNA를 조절하는 C2c2 유전자를 fusobacteria에서 발견하였다. 위의 Cas9이나 Cpf1과는 다르게 RNA를 대상으로 작용한다.

Stem cell

배아 줄기 세포

성체 줄기 세포

- pluripotent adult stem cell은 신체 내에 소량만 존재하는데 특정 세포로만 분화가 가능하며 면역 거부반응이 있어서 타인 타종에게 이식이 불가능하다.

유도 만능 줄기 세포

- 성체 세포를 야마나카 factor라고 불리는 Oct4, Sox2, cMyc and Klf4을 넣어주면 역분화하여 pluripotent 세포가 된다는 것을 교토대의 야마나카 신야가 2006년 쥐에서 최초로 발견하였으며 후에 사람에게서도 가능하다는 것을 2007년에 밝혔는데 동일한 시기에 winsconsin-madison 대학에서도 Oct4, Sox2, Nanog, Lin28으로 사람의 세포에서 동일하게 적용할 수 있다는 것을 발견하였다.

iPSCs와 ESC는 비슷하지만 엄연히 다른 세포이다. 유전자, epigenetic 패턴, teratoma formation 등이 비슷하지만 methlated에 대해 iPSCs가 더 닫혀 있는 것으로 보이는 연구가 있으며 유전자 발현 패턴에 대해서 ESCs와 iPSCs끼리, 또는 같은 iPSCs라고 하더라도 원래 세포 종류가 달라도 같은지에 대한 정보가 부족한 상황이다.

그럼에도 불구하고 iPSCs는 윤리적인 문제나 이식등에 있어서 자유롭기 때문에 활용 가능성이 매우 높으며 이러한 점 때문에 2012년 존 거든과 함께 노벨 생리학 의학상을 수상했다.

배아 줄기 세포의 분화능은 다섯 가지로 분류할 수 있다.

전능성  

- 개체를 형성할 수 있는 분화능이며 세포 하나하나가 한 개체로 분화가 가능하다. 수정란이 이에 해당된다.

만능성

- 태아나 성체의 모든 세포로 가는 분화능을 말한다. 초기 수정란 세포가 분열하면서 여러 장기로 분화되기 전 단계의 세포를 말한다.

다분화성

- 세포계에 속한 몇몇 세포종으로 분화가 가능하며 성체 줄기세포에서 추출한다.

이분화성

- 두 종류의 세포로 분화가 가능한 줄기세포를 말한다

단일 분화성

- 한 종류의 특정 세포로 분화 가능한 줄기세포를 말한다.