세포 섬모 기능 이상이 장기발생에 미치는 영향 규명

고혁완 교수팀, ECO 증후군 원인 규명 실마리 밝혀

고혁완 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 세포 섬모의 기능 이상이 장기발생에 영향을 미친다는 것을 규명했다.

미래창조과학부는 고혁완 동국대 약대 교수와 복진웅 연세대 의대 교수가 세포내 안테나인 섬모의 기능 이상이 장기발생에 미치는 영향을 규명했다고 10일 밝혔다.

이 연구는 선천성 희귀유전질환 ECO 증후군이 섬모의 이상 때문이라는 것을 뒷받침하는 결과로 섬모의 기능이상과 관련된 비만이나 암, 감각계 질환 등 연구에 기여할 것으로 기대된다.

ECO 증후군은 태아의 발생과정 중 신경계, 내분비계, 골격계 기관 형성에 심각한 이상을 유발하는 유전질환을 말한다.

이번 연구는 미래부가 추진하는 중견연구자지원사업, 바이오·의료기술개발사업 등의 지원을 받아 미국립과학원회보(PNAS) 온라인판 지난달 22일자에 게재됐다.

ECO 증후군의 발병 원인 유전자는 소장 내 미세융모 세포에서 분리된 인산화효소로세포주기 조절 등에 관여하는 ICK 유전자의 돌연변이 때문인 것으로 알려져 있었지만 인산화효소인 ICK 유전자 이상이 어떻게 신경, 내분비, 골격 등 광범위한 장기발생에 영향을 주는지에 대해서는 알지 못했다.

연구팀은 ICK 유전자 염기서열 변화가 세포내 다양한 신호처리를 돕는 섬모의 길이 조절에 영향을 미쳐 결과적으로 다양한 장기의 발생에 심각한 이상을 유발한다는 사실을 밝혔다.

배양한 세포에 ICK 유전자를 과다 발현했을 때 섬모의 길이가 짧아지거나 만들어지지 않았고 ICK 유전자의 효소 활성을 제거했을때 섬모의 길이가 길어진다는 사실을 알아내 ICK 유전자의 기능이 세포내 섬모의 길이를 적절하게 조절하는 기능을 담당할 가능성이 있다는 것을 알아냈다.

ICK 유전자의 섬모 길이 조절 기능이 ECO 증후군을 유발하는 지를 알아보기 위해 ICK 유전자가 제거된 마우스 동물모델을 제작해 발생 과정 이상을 분석한 결과 ICK 유전자 적중 마우스에서 ECO 증후군과 동일한 수뇌증, 다지증, 구순열과 같은 발생 이상 증후군을 관찰했다.

이를 통해 ICK 유전자 적중 마우스가 ECO 증후군을 연구하는데 적절한 질환 동물 모델이라는 것을 입증했다.

실험모델로 사용한 ICK 단백질이 만들어지지 않는 생쥐는 정상생쥐와 달리 ECO 증후군에서처럼 뇌실에 뇌 척수액이 비정상적으로 축적되거나 손가락이나 발가락이 한쪽에 6개 이상 존재하는 이상이 관찰됐다.

연구는 유사한 섬모기능 이상에 의한 다양한 질병의 이해에 실마리가 되고 섬모 활성조절 약물 개발연구에 활용될 것으로 기대된다.

ICK가 섬모형성에 관여하는 단백질을 인산화시키지 못해 섬모가 길어지면 신호를 분류하고 전달하는 허브로서의 기능을 제대로 수행하지 못하면서 각종 장기를 만드는 가운데 중요한 발생신호인 헷지혹 신호가 활성화되지 못해 발생이상이 나타난다는 것이다.

고 교수는 “연구는 그동안 원인이 불분명했던 희귀 유전질환 발병원인이 세포 소기관인 섬모 기능 이상에 의한 세포내 신호전달 문제 때문이라는 것과 인간에서 질병을 유발하는 유전자 변형이 동물모델에서도 유사한 질병을 유발한다는 것을 입증한 것”이라고 밝혔다.

연구팀은 ICK 인산화효소를 조절하는 약물발굴을 목표로 섬모기능 이상에 의한 다양한 질병 연구를 계속할 계획이다.

ICK 유전자 결손 마우스 동물모델의 표현형 분석, 왼쪽 사진의 ICK 유전자 결손 마우스(ICKtm1a/tm1a)는 정상 마우스(ICK+/+)와 달리 발생과정 중 뇌의 부종이 나타나고 뇌 단면을 H&E 조직염색법으로 염색해 본 결과 뇌실이 확장되는 수뇌증이 관찰됐다. 오른쪽 사진에서 ICK 유전자 결손 마우스(ICKtm1a/tm1a)는 정상 마우스(ICK+/+)와 달리 손가락과 발가락이 6~7개인 다지증과 자뼈(Ulna)가 굽어지는 뼈 형성 이상이 관찰됐다