암 생물학 연구

갱신 : 20181024

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암 생물학 연구가 질병과 싸움에서 진보에 중요한 이유

암 생물학 연구의 기회

암 생물학 연구의 과제

암 생물학 연구에서 NCI의 역할

암 생물학 연구가 질병과 싸움에서 진보에 중요한 이유

암의 생물학에 대한 연구는 가장 간단한 질문으로 시작합니다.: 무엇이 정상이고 무엇이 비정상인가?

암이 어떻게 발전하고 발전하는지 이해하기 위해서, 연구원들은 먼저 정상 세포와 암 세포 사이의 생물학적 차이를 조사할 필요가 있다. 이 연구는 세포 성장, 정상 세포에서 암 세포로의 변형, 그리고 암 세포의 확산, 또는 전이 같은 핵심적인 과정을 뒷받침하는 기제機制(메커니즘)에 초점을 맞춘다.

그러한 연구에서 얻은 지식은 암에 대한 우리의 이해를 깊게 하고 새로운 임상적 개입의 개발을 이끌 수 있는 통찰력을 만들어낸다. 예를 들어, 정상 세포와 암 세포의 세포 신호 경로에 대한 연구는 다른 종류의 암 중에 공유되는 분자 변화를 밝혀내고 가능한 치료 전략을 암시하며, 질병에 대한 우리의 지식에 크게 기여했다.

암 생물학에 대한 지난 수십 년간의 기본적인 연구는 그 질병에 대항하여 진보를 이루는데 중요한 지식의 넓은 기초를 만들었다. 사실, 암의 생물학에 대한 기본적인 질문들을 연구한 결과 얻은 지식이 없었다면 암의 예방, 진단, 치료에서 많은 발전을 이룩하지 못했을 것이다.

암 생물학 연구의 기회

오늘날 과학자들은 다양한 돌연변이에 의해 그리고 많은 신체 부위에 걸쳐 유발된 수많은 암들의 생물학에 대해 점점 이해를 더해가고 있다. 새로운 데이터와 연구 접근법이, 연구원들이 암세포의 확산과 사망의 정상적인 생물학적 프로그램이 어떻게 변화하는지, 그리고 면역체계가 종양에 어떻게 반응하는지를 포함하여, 암 생물학의 많은 측면들을 자세히 연구할 기회를 만들어 주었다.

다양한 암들로부터 종양 줄기 세포의 발견은 연구자들에게 고형 암과 혈액 암에서 이러한 희귀 세포들을 확인하고, 암의 여러 단계에서 이러한 줄기세포의 역할을 조사할 수 있는 기회를 만들어 주었다.

암세포가 종양 미세 환경과 공생 관계에 있다는 인식은 종양이나 숙주 미세 환경 내의 암세포의 상호작용을 연구하는 기회를 만들어냈다. 연구자들은 현재 분자 기제(메커니즘)와 암세포의 생성과 확산, 전이 등의 신호경로를 연구하고 있다.

연구원들은 또한 인체에 서식하는 미생물의 집단인 인간 미생물 군집이 종양의 시작과 진행에서 어떤 역할을 하는지 연구하고 있다.

지난 10년 동안 개발된 새로운 유전자 기술은 연구자들이 암의 발병을 뒷받침하는 유전자 변형의 기능적 효과를 조사할 수 있도록 도왔다. 이 도구들은 또한 암과 관련된 후생유전학적 변화와 DNA 손상과 수리의 기제(메커니즘) 및 암세포의 유전자 조절을 연구하는데 사용되었다.

점점 더 강력한 구조적 생물학 접근법의 도입으로, 연구원들은 RAS와 같은 암과 관련된 돌연변이 단백질과 다른 분자의 구조를 이전에 가능했던 것보다 더 상세하게 특성을 파악할 수 있게 되었다. 그리고 전체 단백질 유전정보의 특성을 파악할 수 있는 접근법을 통해, 연구원들은 암 관련 돌연변이 단백질이 다른 단백질에 어떤 영향을 미치는지 자세히 알기 위해 종양 세포의 단백질 분석과 유전자 분석을 통합시키고 있다.

또한 시스템 생물학 접근법을 통해 암 생물학을 탐구할 기회도 있다. 연구자들은 수학적 모델링과 같은 다양한 정보와 도구를 사용하여 생물학적 시스템 구성 요소들 간의 복잡한 상호작용을 설명하고 실험 과학을 더 정교하게 이끌고 발전시키는 데 도움이 되는 예측을 한다.

암 생물학 연구의 과제

암 생물학에 대한 기본적인 연구는 종종 "위험이 커다"고 간주되는데, 그 이유는 부분적으로는 주어진 연구 프로젝트의 임상적 적용이 초기에는 명확하지 않을 수 있기 때문이다. 그러나 암세포 생물학을 연구함으로써 얻은 지식은 우리의 질병에 대한 이해를 향상시킬 뿐만 아니라, 면역치료와 암 백신 분야의 최근 진보가 실증하듯이 환자에게 도움이 되는 임상적 진보의 발전에 필수적이다.

그럼에도 불구하고, 암 생물학에서의 기본 연구의 결과에 대한 불확실성 때문에, 이 연구 분야는 수익에 의해 움직이는 출처로부터 상대적으로 적은 자금을 받는다. 이러한 이유 때문에, 암 생물학 연구에 대한 연방 기금은 중요하다.

암의 주요 기제(메커니즘)를 더 잘 이해하기 위해서는 여러 분야에 걸친 협력이 점점 더 필요하다. 따라서 일부 조사자들은 연구 결과를 공유하고 교환하기 위한 도구와 전략을 개발할 필요가 있을 수 있다.

암 생물학 연구에서 국립암연구소의 역할

국립암연구소는 다양한 프로그램과 접근방식을 통해 정상 세포와 암 세포 사이의 생물학적 차이에 대한 연구를 지원하고 지시한다. 예를 들어, 암 생물학부(DCB)는 암 생물학을 연구하기 위해 다양한 방법을 사용하는 외부 연구자들을 지원한다.

암 생물학부(DCB)는 위에서 언급한 많은 주제 외에도 다음에 대한 연구를 지원합니다.

암 세포의 신진대사, 스트레스에 대한 암 세포의 반응 및 세포 주기의 제어에 관련된 메커니즘

암 발병의 원인 또는 발병에 기여할 수 있는 생물학적 물질(바이러스, 박테리아 같은), 숙주 요인(비만, 동반질환, 연령 같은), 행동(식사 섭취 등)

종양의 발병과 확산에 대한 면역조절 및 면역 표적화 및 암세포 파괴 개선 방안

악성종양으로 유도 및 진행 중의 유전적 불안정성 및 관련 분자와 세포유전학적 및 염색체의 영향

종양의 형성과 진행에 있어 염증과 염증 신호를 보내는 분자에 의해 형성된 미세 환경의 역할

치료 또는 예방적 개입의 가능성이 있는 과정 및 분자 대상

종양세포 침입과 전이에 미치는 저산소증의 영향

종양 진행 및 전이행동 결정에 있어 체세포의 역할 및 종양 미세 환경에 의한 줄기세포 틈새 제어

암 생물학에서 국립암연구소가 지원하는 연구 프로그램에는 다음이 포함된다.

Physical Sciences in Oncology Network (PS-ON)

이 계획의 목표는 과학과 암 연구의 통합을 촉진하고 육성하는 것이다. 과학자(공학자, 물리학자, 수학자, 화학자, 컴퓨터 과학자)와 암 연구자들(암 생물학자들, 종양학자, 그리고 병리학자들)의 소형 다학제 팀이 어떤 세포가 뇌종양과 조혈세포 종양의 원발 세포인지를 알아내고, 암의 신호로서 단일 세포의 3차원 화상을 탐색하는 것 같은 문제 해결에 협력한다.

Cancer Systems Biology Consortium(CSBC)

CSBC는 암의 예측 모델을 구축하고 테스트하기 위해 수학 및 컴퓨터 방법론과 첨단 실험 접근법을 결합하는 데 초점을 맞춘다. 이 계획은 암 환자의 삶을 개선하려는 궁극적인 목표에 대해 물리적 및 시간적으로 암 의 발병과 진행에 대한 우리의 이해의 폭을 넓히기 위해 암 연구에 대한 통합적인 접근법을 취한다.

Barrett's Esophagus Translational Research Network (BETRNet)

배렛 식도라는 병에 대한 이해의 폭을 넓히고 식도암을 예방하기 위해 이 다학제, 다원적 협력기구가 설립되었다. BETRNet은 식도암(EA)의 생물학을 더 잘 이해하는 것을 목표로 하고 있다. 즉 식도암의 선행 병변과 배렛 식도와 관련된 연구 기회를 검토하며, 식도암 위험 츻상구조와 예측을 향상시키고, 식도암 예방 전략을 제공한다. 최우선 목표는 이 암의 발병과 이환, 사망률을 줄이는 것이다.

Alliance of Glycobiologists for Detection of Cancer

종양 글리코믹스(당 사슬/glycome에 관해 포괄적으로 연구하는 분야) 연구소의 이 연합체와 그들의 연구 파트너들은 복합 탄수화물의 암 관련 역학을 연구한다. 국립암연구소가 국립종합의학연구소와 국립 심장, 폐 및 혈액 연구소에 후원하는 이 프로그램은 암과 관련된 당사슬(글리칸)의 구조와 기능을 연구하는 것을 목표로 하고 있다.

Molecular and Cellular Characterization of Screen-Detected Lesions Initiative

이 프로그램의 목표는 종양 조직, 세포 및 미세 환경 구성요소의 포괄적인 분자 및 세포 특성을 구현하여, 검진으로 검출된 조기 병변을 간격과 증상으로 검출한 암과 구별하는 것이다. 연구자들은 초기 병변의 세포와 분자 표현형 두 가지를 알아내기 위해 다양한 기술과 접근법을 사용하고, 초기 병변의 운명을 더 잘 예측한다는 목표를 가지고 있다.

Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium (CPTAC)

CPTAC는 국립암연구소의 암 임상 단백질체(단백질 유전정보) 연구실에서 암세포의 유전적 변동에 따른 단백질을 체계적으로 식별하고, 그것들이 어떻게 생물학적 과정에 영향을 미치는지 연구하며, 이에 수반하는 분석과 세부계획으로 대중에게 이 데이터를 제공하기 위해 설립되었다.

Applied Proteogenomics OrganizationaL Learning and Outcomes Network (APOLLO)

가장 최근의 유전체 및 단백질 연구 방법을 사용한 국방성, 재향군인 성 및 국립암연구소 간의 협력은 환자의 종양의 단백질체학 및 유전학적 형질 분석을 기반으로 암을 치료하기 위해 효과적인 약을 보다 빠르고 정확하게 식별하기 위해 최신의 유전학적 및 단백질 유전자정보학적 방법을 사용한다. 초기 협력 노력은 폐암 환자 8,000명의 코호트(집단)에 초점을 맞추고 데이터를 연구학계에 광범위하게 사용 가능할 것이다. 결국 그 노력은 추가적인 암 종류에도 확대 이용될 것이다.

Human Tumor Atlas Network (HTAN)

HTAN은 분자 및 세포의 변화와 종양 내에서 발병하고 진화할 때 상호작용을 기록하기 위해 다차원 종양 지도를 구성하는 협업 네트워크이다. 이 지도는 다양한 환자 모집단을 대표하며 암의 역학 관계를 설명할 것이다. 이는 전구체에서 악성종양으로의 변화와 국지적 침윤에서 원격 전이, 그리고 종양이 치료에 어떻게 반응하고 약물에 대한 내성을 발전시키는가에 초점을 맞춘다.

국립암연구소의 Centers of Excellence NCI의 암 연구 및 암 역학 부서 및 유전학 연구소 내 연구자들을 모아서 다음과 같은 다양한 암 생물학 분야에서 새로운 프로젝트와 세부계획을 개발한다.

Chromosome Biology

이 센터에 소속된 전문가들은 암 조기 진단을 위한 변환 연구 및 암 발생 시 게놈과 전사체轉寫體의 동적 변화의 지도화(지도 작업)를 포함한 다양한 연구를 통해 염색체 기능에 관련된 기제(메커니즘)를 연구한다.

Integrative Cancer Biology and Genomics

이 센터의 목표는 고급 분석 기술을 사용하여 적절한 치료법으로 치료받을 수 있는 동질의 환자 군락을 찾아내기 위해 선진화된 분석 기술을 사용하는 것이다. 이 센터의 연구원들은 바이오 마커와 분자 표적, 유전학적 접근, 유전체학적 유전학, 암의 염증 및 통합/시스템 생물학 및 생명정보학 같은 5가지 분야의 전문지식을 취합하여 환자의 발견과 환자 이익 사이의 시간을 단축하기 위해 이용할 수 있는 방대한 양의 기초 연구 데이터를 구축한다.

Cancer Biology Research

Updated: October 24, 2018

On This Page

Why Research on Cancer Biology Is Critical to Progress against the Disease

Opportunities in Cancer Biology Research

Challenges in Cancer Biology Research

NCI's Role in Cancer Biology Research

Why Research on Cancer Biology Is Critical to Progress against the Disease

Research on the biology of cancer starts with the simplest of questions: What isand isn’tnormal?

To understand how cancer develops and progresses, researchers first need to investigate the biological differences between normal cells and cancer cells. This work focuses on the mechanisms that underlie fundamental processes such as cell growth, the transformation of normal cells to cancer cells, and the spread, or metastasis, of cancer cells.

Knowledge gained from such studies deepens our understanding of cancer and produces insights that could lead to the development of new clinical interventions. For example, studies of cell signaling pathways in normal cells and cancer cells have contributed greatly to our knowledge about the disease, revealing molecular alterations that are shared among different types of cancer and pointing to possible strategies for treatment.

The last few decades of basic research in cancer biology have created a broad base of knowledge that has been critical to progress against the disease. In fact, many advances in the prevention, diagnosis, and treatment of cancer would not have occurred without the knowledge that has come from investigating basic questions about the biology of cancer.

Opportunities in Cancer Biology Research

Scientists today have a growing understanding of the biology of a vast array of cancers driven by various mutations and across many body sites. New data and research approaches have created opportunities for researchers to study in detail many aspects of cancer biology, including how the normal biological programs of cell proliferation and death are altered during cancer and how the immune system responds to tumors.

The discovery of tumor stem cells in a range of cancers has created opportunities for researchers to identify these rare cells in both solid tumors and hematologic cancers, as well as to investigate the role of these cells at different stages of disease.

The recognition that the cancer cell is in a symbiotic relationship with the tumor microenvironment has created opportunities to study the interactions of cancer cells within the tumor or the host microenvironment. Researchers are now studying the molecular mechanisms and signaling pathways of cancer cell development, proliferation, and metastasis.

Researchers are also investigating the role of the human microbiomethe community of microorganisms that inhabit the human bodyin the initiation and progression of tumors.

New genetic technologies developed over the past decade have helped researchers examine the functional effects of genetic alterations that underlie the development of cancer. These tools have also been used to study epigenetic changes associated with cancer, mechanisms of DNA damage and repair, and gene regulation in cancer cells.

The introduction of increasingly powerful structural biology approaches has allowed researchers to characterize the structures of mutant proteins involved in cancer, such as RAS, and other molecules in greater detail than had been possible previously. And through approaches that allow the characterization of the entire proteome, researchers are integrating genomic analysis with the analysis of the proteins in tumor cells to learn, in detail, how cancer-associated mutant proteins affect other proteins.

There are also opportunities to explore cancer biology through systems biology approaches. Researchers use a variety of information and tools, such as mathematical modeling, to describe the complex interactions among components of a biological system and make predictions that help guide and further refine experimental science.

Challenges in Cancer Biology Research

Basic research in cancer biology is often viewed as “high risk,” in part because the clinical applications of a given research project might not be clear at the outset. However, knowledge gained from studying cancer cell biology not only improves our understanding of the disease but is essential for the development of clinical advances that benefit patients, as recent progress in the areas of immunotherapy and cancer vaccines illustrates.

Nonetheless, because of the uncertainty about the outcomes of basic research in cancer biology, this area of research receives relatively little funding from sources that are driven by profit. For this reason, federal funding for cancer biology research is critical.

Collaboration across disciplines is increasingly necessary to better understand key mechanisms in cancer. Therefore, some investigators may need to develop tools and strategies for sharing and communicating research results.

NCI's Role in Cancer Biology Research

NCI supports and directs research on the biological differences between normal cells and cancer cells through a variety of programs and approaches. For example, the Division of Cancer Biology (DCB) supports extramural researchers who are using a variety of methods to study cancer biology.

In addition to many of the topics mentioned above, DCB supports research on:

the metabolism of cancer cells, the responses of cancer cells to stress, and mechanisms involved in control of the cell cycle

biological agents (such as viruses and bacteria), host factors (such as obesity, co-morbid conditions, and age), and behaviors (such as dietary intake) that may cause or contribute to the development of cancer

immune regulation of the development and spread of tumors and approaches to improve immune targeting and destruction of cancer cells

genomic instability and related molecular, cytogenetic, and chromosomal effects during induction and progression to malignancy

the role of the microenvironment created by inflammation and the inflammatory signaling molecules in the formation and progression of tumors

processes and molecular targets where there is potential for therapeutic or preventive intervention

the effects of hypoxia on tumor cell invasion and metastasis

the role of somatic stem cells in determining tumor progression and metastatic behavior, and control of the stem cell niche by tumor microenvironment

NCI-supported research programs in cancer biology include the:

Physical Sciences in Oncology Network (PS-ON)

The goal of this initiative is to promote and foster the convergence of physical science and cancer research. Small transdisciplinary teams of physical scientists (engineers, physicists, mathematicians, chemists, and computer scientists) and cancer researchers (cancer biologists, oncologists, and pathologists) collaborate on solving problems such as determining which cell is the cell of origin for brain and hematopoietic tumors and exploring the use of three-dimensional images of single cells as cancer signatures.

Cancer Systems Biology Consortium (CSBC)

The CSBC focuses on combining advanced experimental approaches with mathematical and computational methodologies to build and test predictive models of cancer. The initiative takes an integrative approach to cancer research to complement and expand our current understanding of tumor development and progression across many physical and time scales, with the ultimate goal of improving the lives of cancer patients.

Barrett's Esophagus Translational Research Network (BETRNet)

This multidisciplinary, multi-institutional collaboration was established to better understand Barrett esophagus and to prevent esophageal adenocarcinoma. BETRNet aims to better understand esophageal adenocarcinoma (EA) biology; examine research opportunities associated with its precursor lesion, Barrett Esophagus; improve EA risk stratification and prediction; and provide strategies for EA prevention. The overriding goal is to decrease the incidence, morbidity, and mortality of this cancer.

Alliance of Glycobiologists for Detection of Cancer

This consortium of tumor glycomics laboratories and their research partners study the cancer-related dynamics of complex carbohydrates. This program, which NCI sponsors with the National Institute of General Medical Sciences and the National Heart, Lung and Blood Institute, aims to study the structure and function of glycans in relation to cancer.

Molecular and Cellular Characterization of Screen-Detected Lesions Initiative

The goal of this program is to undertake a comprehensive molecular and cellular characterization of tumor tissue, cell, and microenvironment components to distinguish screen-detected early lesions from interval and symptom-detected cancers. Researchers use various technologies and approaches to determine both the cellular and molecular phenotypes of early lesions, with the goal of better predicting the fate of early lesions.

Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium (CPTAC)

CPTAC was launched by NCI’s Office of Cancer Clinical Proteomics Research (OCCPR) to systematically identify proteins that result from genetic alterations in cancer cells, study how they affect biological processes, and provide this data with accompanying assays and protocols to the public.

Applied Proteogenomics OrganizationaL Learning and Outcomes Network (APOLLO)

A collaboration between the Department of Defense (DoD), Department of Veterans Affairs (VA), and NCI using the latest genomic and proteomic research methods to more rapidly and accurately identify effective drugs to treat cancer based on the proteogenomic profile of a patient’s tumor. Initial collaborative efforts will focus on a cohort of 8,000 patients with lung cancer and will make data broadly available to the research community. Eventually, the effort will be expanded to additional cancer types.

Information mapped in human tumor atlases will provide a comprehensive understanding of the ecosystem of tumors and show important transitions in cancer. View Infographic

Human Tumor Atlas Network (HTAN)

A collaborative network that is constructing multidimensional tumor atlases to document the molecular and cellular alterations and interactions within tumors as they develop and evolve. The atlases will represent a diverse patient population and describe the dynamics of cancer, focusing on the transition from precancer to malignancy, from local invasion to distant metastasis, and how tumors respond to treatment and develop resistance to drugs.

NCI’s Centers of Excellence bring together intramural researchers from NCI’s Center for Cancer Research and Division of Cancer Epidemiology and Genetics to develop new projects and initiatives in various areas of cancer biology, including:

Chromosome Biology

The experts affiliated with this center study the mechanisms involved in chromosome function through diverse research that includes mapping the dynamic changes of the genome and transcriptome during the development of cancer and translational research for the early diagnosis of cancer.

Integrative Cancer Biology and Genomics

This center’s goal is to use advanced analytic technologies to define homogenous clusters of patients, who can then be treated with appropriate therapies. The researchers in this center build upon the immense amount of basic research data available in an effort to shorten the time between discovery and patient benefit by bringing together expertise in five areas: biomarkers and molecular targets, genomic approaches, human genomics and genetics, cancer inflammation, and integrative/systems biology and bioinformatics.

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