Multi-site desmoplastic small round cell tumors are genetically related and immune-cold (2022)

https://doi.org/10.1038/s41698-022-00257-9

 

Desmoplastic Small Round Cell Tumor(DSRCT)는 1989년에 독립 질환으로 처음 기술된 희귀 악성 연부조직암이다. 주로 청소년과 젊은 남성(85~90%)에서 발생하며, 복강 내에 수십에서 수백 개의 결절 형태로 퍼져 있는 것이 특징이다. EWSR1-WT1 유전자 융합이 주요 발암 인자로 알려져 있고, 그 결과 WT1의 전사 억제 기능이 상실되어 종양 성장에 관여한다. 치료는 항암·수술·방사선 병합으로 진행되지만, 복강 내 다발성 병변 특성상 근본적인 치료 효과는 제한적이다. 해당 논문은 복강 내 여러 부위에서 채취한 DSRCT 종양들이 유전적으로 서로 다른 병변인지, 혹은 동일 기원에서 파생된 것인지를 규명하고자 수행되었으며, 또한 종양의 면역 미세환경과 치료 표적 가능성을 함께 분석했다.

 

연구 방법

• 연구 대상

  • 총 14명의 남성 DSRCT 환자(연령 7–52.9세, 중앙값 18.35세)

  • 총 22개의 동결 종양 샘플 + 1개의 세포주(JN-DSRCT)

  • 4명의 환자에서 복강 내 여러 부위(대망, 복막, 횡격막, 골반 등)에서 다부위 샘플 채취

• 분석 방법

  • 전장 엑솜 시퀀싱(WES) 및 RNA 시퀀싱(RNA-seq) 수행

  • 평균 엑솜 커버리지: 228배(세포주는 320배)

  • 모든 표본에서 EWSR1-WT1 융합 확인

  • 변이 분석, 복제수 이상 분석(SCNA), 발현 분석, 면역세포 침윤 분석, 네트워크 기반 치료 타깃 예측 수행

 

연구 결과

1) 돌연변이 분석

• 전체적으로 매우 낮은 돌연변이 부담

  • 중앙값: 0.72개/Mb

  • 비침묵 변이: 종양당 평균 23개

• ARID1A 변이가 반복적으로 관찰됨

  • 스플라이스 사이트 및 미스센스 변이 확인

  • CRISPR로 ARID1A 제거 시 세포 증식 감소 및 약물 감수성 증가

• MUC 계열 유전자(MUC16, MUC6, MUC4) 변이가 다수 확인

• PI3K/AKT/mTOR, 세포접착, 증식, 혈관신생 경로와 관련된 유전자들이 경로 수준에서 반복적으로 변이

• EWSR1-WT1 융합 이외의 일관된 공통 변이는 거의 없음

2) 복제수 이상(SCNA)

• 대부분 염색체 팔 단위 또는 전체 염색체 단위 변동

  • 반복적 이득: 1q, 5, 17, 18, 19, 20, 22

  • 반복적 손실: 4, 6q, 11, 16

• 발현 분석과 SCNA 통합 결과

  • 상향 182개, 하향 300개 유전자 도출

  • 관련 경로: 세포 사멸, 증식, 이동, 전이 (Wnt, stathmin 등)

• WT1의 ChIP-seq 결합 영역과 중복된 후보 6개 확인

  • CELF3, UBQLN4, RYR2, UBTD2, POGZ, EZF4

  • 근육 관련 유전자인 CELF3, RYR2 존재 → DSRCT의 근육 유사성 설명 가능

3) 다부위 종양의 유전적 관계

• 동일 환자 내 다부위 종양 간의 공통 돌연변이 비율 평균 28%

• 딥시퀀싱(평균 3700×)으로 분석 시 공통 변이 비율 약 60%로 상승

• SCNA 계통수 분석 결과도 모든 병변 간에 높은 유사성 확인

• 결과적으로, 모든 병변은 하나의 공통 조상 종양에서 유래한 동일 계통 종양

• EWSR1-WT1 융합이 종양 발생의 "단일 시발점" 역할을 함

4) 면역 미세환경 분석

• 단일 샘플 기반 면역 유전자 세트(ssGSEA)로 평가

• 대부분의 표본에서 면역세포 침윤이 거의 없는 'immune-cold' 상태

  • T세포, NK세포, 수지상세포 등 주요 세포군 결여

  • 일부에서 호중구, Th17 세포가 약하게 관찰되었으나 의미 불분명

• TCGA 전체 암종과 비교 시

  • DSRCT의 면역 침윤 점수는 모든 암종 중 최저 수준

  • ICI(면역관문억제제)에 반응성이 낮은 뇌교종, 전립선암, 포도막 흑색종과 유사

  • 동일 육종군 중에서도 활막육종과 유사하며, 지방육종보다 면역활성이 낮음

5) 전사체 및 기원성 분석

• PCA 분석 결과

  • DSRCT는 다른 육종과 명확히 구분되는 발현 패턴

  • 지방육종과 상대적으로 가까운 위치에 클러스터

  • 근육이나 골육종보다 지방세포 계통과 더 유사

6) EWSR1-WT1 연관 경로 예측 및 치료 표적 도출

• 네트워크 분석(FusionPathway)으로 융합 단백질 관련 경로 추출

  • PI3K, JAK-STAT, WNT, MYC, MAPK, 세포접착, 칼슘 신호 경로 포함

  • 세포접착 및 칼슘 신호 경로의 강한 활성화 확인

  • 이는 DSRCT가 복강 내 광범위하게 퍼지는 성질을 설명

• 융합 관련 유전자 및 약물 데이터베이스 통합

  • 28개의 약물 타깃 유전자 도출

  • 주요 후보: AR, FGFR4, ERBB2(HER2), PARP1, KDR, PDGFA 등

• 세포 실험에서 약물 검증

  • PI3K 억제제 알펠리십, mTOR 억제제 템시롤리무스, 안드로겐 수용체 억제제 엔잘루타마이드 모두 종양 세포 증식 억제

  • IC50 모두 5 μM 이하

  • 템시롤리무스가 가장 강력 (IC50 = 0.042 μM)

  • ARID1A 결손 세포에서 세 약물에 대한 감수성 증가

 

 

EWSR1-WT1 융합 단백질이 교란하는 신호 지도: DSRCT의 분자 경로 예측도

A) 경로 예측의 신뢰도 검증 (ROC 곡선)

• 가로축(FPR)은 거짓 양성률, 세로축(TPR)은 진짜 양성률을 뜻한다.

• 여러 기준 유전자 집합(EWSR1-WT1 관련, DSRCT 관련, WT1 ChIP-seq 결합 유전자, 암 경로 유전자, 임상시험 약물 표적 유전자)을 정답 세트로 두고, 예측 결과가 실제 알려진 정보와 얼마나 일치하는지를 평가했다.

• 그래프의 곡선이 왼쪽 위로 올라갈수록 예측이 정확하다는 뜻이며, AUC=0.775로 매우 양호한 수준이었다.

B) 융합 단백질이 교란하는 주요 경로

• 세로축에는 EWSR1-WT1과 연관된 주요 생명신호 경로들이 표시되어 있다.

  • 상위에는 PI3K, JAK-STAT, WNT, MYC, MAPK 신호경로가 포함

  • 그 외에도 세포접착(cell adhesion), 칼슘 신호(calcium signaling), TGF-β 경로 등이 강하게 교란된 것으로 나타남

• 이들 중 특히 세포접착 및 칼슘 신호 경로는 DSRCT 세포가 복강 내에서 잘 퍼지고 전이되는 특성을 직접적으로 설명해준다.

  • 세포접착 관련 단백질들이 비정상적으로 작동하면 세포가 본래의 자리에서 떨어져 이동성이 증가한다.

  • 칼슘 신호 이상은 종양의 혈관신생·증식·전이 능력을 강화시킬 수 있다.

해석

해당 그래프는 DSRCT의 본질을 "하나의 융합 단백질(EWSR1-WT1)이 중심에서 다양한 경로를 무너뜨리는 시스템 붕괴형 암"으로 요약한다. 특히 PI3K/mTOR 축, 세포접착, 칼슘 신호가 주요 경로로 부상하면서, 이후 세포실험에서 실제로 temsirolimus(mTOR 억제제), alpelisib(PI3K 억제제), enzalutamide(AR 억제제) 등이 유효하게 작용했다는 결과와 연결된다

핵심 포인트 요약

• A: 예측 모델의 정확성 검증 (AUC 0.775)

• B: DSRCT의 주요 교란 경로; PI3K, WNT, JAK-STAT, MYC, MAPK, 세포접착, 칼슘 신호

• 해석: DSRCT는 EWSR1-WT1 융합이 중심이 되어 PI3K/mTOR 및 이동성 관련 경로를 활성화시키는 종양이며, 이를 표적하는 약물이 유망하다.

 

연구 결론

연구 결과 DSRCT는 EWSR1-WT1 융합 단백질에 의해 발암이 유도된 단일계통 종양이며, PI3K/mTOR 경로와 세포접착·칼슘 신호 경로가 종양의 성장과 복강 내 확산을 주도한다는 점이 밝혀졌다. 이러한 경로를 차단하는 mTOR 억제제(temsirolimus), PI3K 억제제(alpelisib), AR 억제제(enzalutamide)가 세포 수준에서 뚜렷한 억제 효과를 보였다. DSRCT는 면역적으로 '냉각된' 암으로 확인되어, 향후 면역세포 기반 치료나 표적 신호 억제 치료의 병합 전략이 새로운 치료 방향으로 제시됐다.