중추신경계 세포 발달 새 메커니즘 규명...건국대 동물생명공학과 김봉우 연구원

[임광자]

건국대 동물생명공학과 김봉우 연구원, 중추신경계 세포 발달 새 메커니즘 규명
미국 텍사스대학 사우스웨스턴의대팀과 공동으로  ‘셀(Cell)’지 게재

건국대 연구진과 미국 텍사스대학 사우스웨스턴 의대 연구팀이 인체의 뇌와 척수 등 중추신경계의 신경세포를 감싸고 있는 피복과 같은 역할을 하는 세포인 ‘올리고덴드로사이트(Oligodendrocyte)’의 분화와 발달을 촉진하는 새로운 메커니즘을 처음으로 규명해 중추신경계 질환 치료의 새로운 전기를 마련했다.

건국대학교는 동물생명공학과 김봉우 박사과정 학생(지도교수 조쌍구)이 미국 텍사스대학 사우스웨스턴 의학센터(UTsouthwestern Medical Center) 연구팀과 공동으로 중추신경 세포를 감싸고 있는 수초(myelin sheet)를 형성하는 신경아교세포의 일종인 ‘올리고덴드로사이트’의 발달과정에 진핵 세포 내 유전자 가운데 하나인 ‘Brg1’ 이라는 유전자가 매우 중요한 역할을 한다는 사실을 처음으로 규명했다.

연구팀은 또 올리고덴드로사이트의 발달시기별로 ‘Brg1’유전자 발현 패턴을 규명했으며, 기존의 올리고덴드로사이트 발달의 주요 조절자 역할을 하는 것으로 알려진 단백질 ‘Olig2’와 ‘Brg1’ 유전자의 상호 관계를 밝혔다

이번 연구 결과는 올리고덴드로사이트의 발달과정에 대한 새로운 발견으로, 올리고덴드로사이트와 관련한 뇌와 척수 등 중추신경계 질환 치료에 있어서 보다 효과적인 타겟 유전자를 선정할 수 있는 기반을 마련한 것으로 평가된다.

김봉우 박사과정 학생은 미국 텍사스대학 사우스웨스턴 의학센터(University of Texas Southwestern Medical Center) 연구원(Junior Student Fellow)으로 파견돼 이번 연구에 주저자로 참여했으며 연구 결과는 세계 최고 권위의 과학전문 학술지 ‘셀(Cell)’지 1월호(1월 17일 발간)에 게재됐다.

뇌의 신경세포를 감싸고 있는 올리고덴드로사이트는 마치 전선(신경세포)을 감싸고 있는 피복과 같아서, 신경전달이 빠르고 원활하게 이루어지게 하는데 매우 중요하다. 사고로 인한 신경계의 손상이나, 다발성 경화증(multiple sclerosis), 백질이영양증(Leukodystrophies) 등의 중추신경계 질환으로 올리고덴드로사이트의 수초구조가 파괴될 경우, 마치 전선의 피복이 벗겨지면 누전이 일어나고 전선 자체에 손상이 생겨 전기전달이 원활하지 않듯이, 인체 내에서도 신경전달이 원활하게 이루어지지 않고 신경세포에 보다 큰 손상을 입게 돼 부분적인 경련, 마비 증상이 일어나며 점차적으로 신체기능을 상실하게 된다. 따라서 올리고덴드로사이트에 대한 연구는 중추신경계의 수초형성의 이해와 수초형성관련 질환치료에 필수적이라고 할 수 있다.

* 사람을 비롯한 포유동물의 뇌와 중추신경계는 신경세포(neuron)와 신경아교세포(glia cell)로 이루어져 있다. 신경세포에 비해 상대적으로 신경아교세포는 많이 연구가 이뤄지지 않은 상태이며, 최근 들어 신경아교세포의 역할에 대해 관심이 높아지고 있다. 신경아교세포의 일종인 올리고덴드로사이트(Oligodendrocyte)는 신경세포의 가지를 감싸는 수초(myelin sheet)를 형성하는 특수한 형태와 역할을 가진 세포이다.

연구팀은 CHIP시퀀싱(유전체해독기술)(CHIP-sequencing)이라는 기법을 사용해, 진핵세포내 유전자 발현을 조절하는  ‘ATP의존적 크로마틴 리모델링 복합체’(ATP-dependent chromatin remodeling complex)의 구성 단백질 중 하나인 ‘Brg1’ 유전자가 올리고덴드로사이트의 분화를 촉진하고 발달을 조절하는 등 매우 중요한 역할을 한다는 사실을 것을 새롭게 밝혀냈다.

그리고 Brg1 유전자가 중추신경계에서만 선택적으로 발현되지 않는 생쥐 모델을 제작해, 이 마우스 모델에서는 수초형성이 정상적으로 이루어지지 않는 현상을 관찰했다. 또한, 같은 마우스 모델에서, 수초형성에 관여하는 것으로 알려진 여러 유전자들의 발현이 선택적으로 저하됨을 관찰할 수 있었다. 이는 Brg1 자체와 Brg1 유전자가 속한 크로마틴 복합체가 중추신경계의 수초형성에 있어 매우 중요한 조절자로서의 역할을 한다는 것을 시사한다.

연구팀은 또 다각적인 유전체 해독기술(chip-sequencing) 기법을 통해, 기존의 올리고덴드로사이트의 발달에 중요한 역할을 하는것으로 알려진 Olig2 유전자와 Brg1의 발달 단계별 유기적인 상관관계를 밝혔다. 또 여러 분자세포생물학적 기법을 통해 Brg1과 Olig2단백질이 서로 결합해 올리고덴드로사이트 수초형성에 기인하는 일련의 유전자 발현을 유도함으로서 정상적인 올리고덴드로사이트의 발달이 이루어지도록 한다는 것을 밝혔다.

*크로마틴구조는 사람의 진핵 세포 내에서 DNA와 히스톤(histone) 단백질의 결합체로 세포내에서 DNA를 압축하는 역할뿐 아니라 생명현상의 기본이 되는 유전자 전사(transcription)나 DNA복제 조절에 중요한 역할을 한다. 진핵생물의 유전자는 크로마틴 (Chromatin) 이라는 구조로 형성되어있다. 크로마틴은 매우 복잡한 구조이기 때문에 어떠한 특정한 유전자의 발현을 위해서는 염색체의 물리적인 구조적인 변화가 필요하게된다. 크로마틴의 구조적 물리적 변화 가운데 ATP 의 가수분해 에너지를 이용하여 실제적으로 물리적인 염색체의 구조적인 변화를 가져와서 여러 전사인자 (transcription factor) 들의 결합을 매개시켜 주고 유전자의 발현에 영향을 주는 크로마틴 리모델링 복합체(Chromatin remodeling complex)가 있다.

김봉우 연구원은 “이번 연구결과 ATP의존적 크로마틴 재구성 복합체(ATP-dependent chromatin remodeling complex)의 구성 단백질 중 하나인 Brg1이  올리고덴드로사이트의 발달에 있어 매우 중요한 역할을 한다는 것을 최초로 밝혔다”며 “그동안 상대적으로 연구가 부족했던 올리고덴드로사이트의 발달과정에 대한 중요한 정보를 제공하고 올리고덴드로사이트와 관련된 중추신경계의 질환 치료 연구에 있어서 새로운 전기를 마련했다”고 말했다.

건국대 연구팀이 파견된 미국 텍사스대학 사우스웨스턴 의대(UTsouthwestern Medical Center)는 바이오의학 연구 분야에서 미국내 5위, 세계 10위 안에 들 정더로 권위가 있으며, 김 연구원이 속한 발생생물학(Dept. Developmental Biology) 실험실은 중추신경계의 신경아교세포(glia cell)에 관련된 연구와 신경줄기세포의 분화, 올리고덴드로사이트의 수초형성 메커니즘 규명, 뇌종양 관련 연구를 집중적으로 수행하고 있다. 특히 연구팀을 이끄는 Qing Richard Lu 교수는 올리고덴드로사이트 연구에서 세계적 권위자로 꼽히고 있다.

Journal Reference
Olig2 Targets Chromatin Remodelers to Enhancers to Initiate Oligodendrocyte Differentiation
Yang Yu, Ying Chen, Bongwoo Kim, Haibo Wang, Chuntao Zhao, Xuelian He, Lei Liu, Wei Liu, Lai Man N. Wu, Meng Mao, Jonah R. Chan, Jiang Wu, Q. Richard Lu
Cell - 17 January 2013 (Vol. 152, Issue 1, pp. 248-261)

출처: 건국대학교