액체 생검 연구
NGS을 통한 액체 생검의 생체표지자 연구
과학자들은 액체 생검 샘플을 사용하여 혈액에 존재하는 다양한 암 유래 생체표지자를 검출하고 특성을 규명할 수 있습니다. 이러한 생체표지자는 건강한 사람이나 암이 없는 사람에서는 검출되지 않습니다. Illumina는 다음 사항을 분석할 수 있는 암 생체표지자 연구를 위한 혁신적인 차세대 시퀀싱(NGS) 액체 생검 솔루션을 제공합니다.
- 순환 종양 세포(CTC)
- 세포유리 DNA(cfDNA) 및 순환 종양 DNA(ctDNA)
- 세포유리 RNA(cfRNA) 및 순환 종양 RNA(ctRNA)
- 검출 및 프로파일링을 위한 순환 단백질
조직 생검의 한계
다음과 같은 여러 가지 문제가 중개 및 임상 암 연구에 사용되는 조직 생검의 유용성을 제한합니다.
- 관심 조직에 대한 접근이 어려움
- 자격을 갖춘 의료진의 전문 기술이 요구됨
- 시간에 따른 반복적 생검의 침습성
- 종양 내 이질성과 종양 간 이질성의 제한된 표현
- 유의한 절차적 위험, 조직의 품질 또는 수량 부족 및 기타 요인으로 인한 환자의 물리적 생검에 대한 부적격성
순환 종양 세포란?
순환 종양 세포(circulating tumor cell, CTC)는 종양에서 혈류로 배출되는 세포입니다. 여러 연구에 따르면 CTC는 전이 가능성이 있으며 다양한 암 유형에서 공격적이거나 진행성 질환 및 불량한 예후와 관련이 있는 것으로 입증되었습니다. CTC는 액체 생검 기반 암 특성 규명을 위한 생체표지자로 사용될 수 있지만, 혈류 내 희귀도(평균 7.5 ml의 혈액에서 <1~<50개의 CTC)는 검출 및 특성 규명의 중요한 과제로 남아 있습니다. 대용량 처리 능력으로 낮은 수준의 CTC를 검출할 수 있는 NGS 기반 기술은 암 선별 검사 및 조기 검출의 새로운 지평을 열고 있습니다.
주요 CTC 분리 방법
- 항원 발현(예: 상피 세포 부착 분자(EpCAM))에 기반한 CTC 인리치먼트
- 혈액 세포 및 면역 세포와 같은 비CTC의 제거
- 백혈구 성분 채집술(Leukapheresis)
단일세포 분리 및 단일세포 시퀀싱 방법론의 기술 발전 덕분에 단일 CTC를 유전체, 전사체, 후성유전체 수준에서 상세하게 분석할 수 있게 되었습니다. 액체 생검과 CTC의 단일세포 시퀀싱을 결합하면 종양 생물학에 기여하는 세포 이질성을 규명할 수 있습니다.
cfDNA의 메틸레이션 패턴
비정상적인 메틸레이션 패턴은 여러 암의 특징입니다. DNA 메틸레이션의 변화는 종양 형성 초기에 발생하며, 그 결과 대부분의 유전체가 저메틸화되고 CpG 섬이 과메틸화되는 상태가 됩니다.
이러한 전체적인 메틸레이션 패턴의 변화는 유전체 불안정성과 종양 억제 유전자의 침묵으로 이어져 종양 진행과 전이를 촉진합니다. 중요한 것은 여러 연구를 통해 ctDNA의 메틸레이션 패턴이 세포/기원 조직에 존재하는 패턴을 모사한다는 사실이 입증되었다는 점입니다. 이는 액체 생검을 통한 ctDNA 메틸레이션 분석이 암의 조기 검출, 기원 조직 분석, 최소 잔존 질환(MRD) 감시 시스템, 치료 반응 모니터링 등에 사용될 수 있음을 시사합니다.
세포유리 RNA(cfRNA) 및 순환 종양 RNA(ctRNA)
cfRNA는 암세포뿐만 아니라 혈류에 존재하는 여러 세포 타입에서 방출될 수 있습니다. 이러한 ctRNA는 액체 생검으로 분석하여 특정 암을 확인하고, 암의 개시를 검출하고, 기원 조직을 밝히고, 질병의 분자 메커니즘을 밝히고, 치료 반응을 모니터링하는 등의 작업을 수행할 수 있는 잠재적인 생체표지자입니다.
모든 세포/조직에서 동일한 DNA와 달리(유전적 변이 제외), RNA는 세포 타입과 조직에 따라 동적 및 차등적으로 발현됩니다. 이를 통해 ctRNA는 암을 검출하고 잠재적으로 체내에서 암의 위치를 파악하는 데 사용될 수 있습니다. RNA 발현의 다양한 특성은 또한 동일한 장기 또는 조직과 관련된 암이라도 암의 진행, 치료 옵션, 예후가 광범위하다는 점을 고려할 때 중요한 질병 초기에 암 아형을 판단하고 분류하는 데 ctRNA를 사용할 수 있습니다.
액체 생검에서의 짧은 RNA와 긴 RNA: 시퀀싱 방법 및 이를 통해 암에 대해 알 수 있는 정보
이 온디맨드 Illumina 웨비나에서는 발표자들이 액체 생검 샘플에서 긴 RNA 또는 짧은 RNA를 시퀀싱하는 방법론과 암 연구에 대한 시사점을 논의합니다.
2023 액체 생검 eBook: 액체 생검 연구를 위한 순환 종양 세포, ctDNA 및 cfRNA 시퀀싱 방법
20페이지가 넘는 이 eBook은 NGS과 마이크로어레이를 사용하여 액체 생검 샘플의 특성을 철저하게 규명하기 위한 포괄적인 워크플로우를 제시합니다.
- 액체 생검 분석물 개요
- 순환 종양 세포(CTC) 시퀀싱, 순환 종양 DNA(ctDNA) 메틸레이션 프로파일링, ctDNA 시퀀싱 및 세포유리 RNA(cfRNA) 시퀀싱의 모든 단계를 개괄하는 연구 사례, 다이어그램, 표
- Application Note, 다운로드 가능한 방법 가이드 및 기타 리소스에 대한 링크
추천 액체 생검 연구 솔루션
유전체학 기술의 선두주자인 Illumina는 암 연구를 위한 액체 생검 분석물 시퀀싱을 위해 검증된 통합 워크플로우와 혁신적인 솔루션을 제공합니다.
암 연구를 위한 액체 생검에 대해 더 자세히 알고 싶으신가요?
참고 문헌
- Plaks V, Koopman CD, Werb Z. Circulating tumor cells. Science. 2013;341(6151) 1186-1188. doi: 10.1126/science.1235226.
- Cristofanilli M, Budd GT, Ellis MJ, et al. Circulating tumor cells, disease progression, and survival in metastatic breast cancer. N Engl J Med. 2004351(8):781-791. doi: 10.1056/NEJMoa040766.
- Huang J, Wang L. Cell-free DNA methylation profiling analysis-technologies and bioinformatics. Cancers (Basel). 2019;11(11):1741. doi: 10.3390/cancers11111741.
- Luo H, Wei W, Ye Z, Zheng J, Xu R. Liquid biopsy of methylation biomarkers in cell-free DNA. Trends Mol Med. 2021;27(5):482-500. doi: 10.1016/j.molmed.2020.12.011.
- Warton K, Lin V, Navin T, et al. Methylation-capture and Next-Generation Sequencing of free circulating DNA from human plasma. BMC Genomics. 2014;15(1):476. doi: 10.1186/1471-2164-15-476.
- Kopreski MS, Benko FA, Gocke CD. Circulating RNA as a tumor marker: detection of 5T4 mRNA in breast and lung cancer patient serum. Ann NY Acad Sci. 2001;945:172-178.
- Perhavec A, Cerkovnik P, Novakovic S, Zgajnar J. The hTERT mRNA in plasma samples of early breast cancer patients, non-cancer patients and healthy individuals. Neoplasma. 2008;55(6):549-554.
- Castellanos-Rizaldos E, Zhang X, Tadigotla VR, et al. Exosome-based detection of activating and resistance EGFR mutations from plasma of non-small cell lung cancer patients. Oncotarget. 2019;10(30):2911-2920. doi: 10.18632/oncotarget.26885.