연구배경
시각을 담당하는 눈은 빛을 받아들이는 수정체와 사물의 상이 맺히는 망막, 조리개 역할을 하는 홍채 등 다양한 특징의 조직들로 구성되어 있다. 이 중 복잡한 신경 조직인 망막과 이에 인접한 망막색소상피세포층, 섬모체는 발달 초기에는 유사한 성격을 가지고 있다가 점차 다른 속도로 성장하면서 서로 다른 크기와 고유한 특성을 갖게 된다.
망막
안구벽의 가장 안쪽에 위치한 신경조직으로, 빛에 대한 정보를 뇌로 전달
망막색소상피세포
망막의 가장 바깥부분에 단층으로 존재하며, 망막 발달에 관여
섬모체
홍채와 연결된 구조로서, 수정체의 두께를 조절하여 초점 맞추는 기능 수행
섬모체와 망막색소상피세포층은 망막에 비해 성장속도가 느린 특징이 있고, 이들 조직의 발달 이상은 눈이 정상적으로 성장하지 못한 소안구증(小眼球症)과 깊은 관련이 있다. 그러나 이들 시신경 조직들 사이의 성장속도에 차이가 나는 이유는 여전히 큰 의문으로 남아있었다.
연구내용
이에 연구팀은 종양 억제 인자로 잘 알려진 Nf2* 유전자가 섬모체와 망막색소상피세포에서 많이 발현되는 것을 발견하고, 이 유전자의 기능과 안구 조직별 성장 차이의 연관성을 조사했다.
Nf2(neurofibromin2) : 종양 억제 인자로 잘 알려진 유전자로, 이 유전자에 변이가 일어나 기능이 상실될 경우 중추신경계에 신경섬유종이 생겨 청력 및 시력 이상 유발
Nf2 결핍 생쥐의 안구 발달 이상
생쥐의 섬모체에서 Nf2를 제거하면 섬모체 영역 신경전구세포가 과성장 하면서 정상적인 구조를 형성하지 못하고 오히려 안구의 성장을 저해한다. 결국 생쥐에게 소안구증이 발생했다.
Nf2 결핍 생쥐의 안구는 정상보다 작으며 각막 혼탁이 나타났다.
안구 내부 구조에서는 홍채와 섬모체가 미발달 하고 이 부위가 망막색소상피세포로 채워지게 된다.
핵심성과
위 과정을 통해 Nf2가 망막, 섬모체, 망막색소상피세포층세포 속도를 조절하는 역할을 한다는 것을 확인했다.
Nf2가 정상일 때
망막
Sox2 전사인자*가 Nf2 발현을 억제해 조직이 빠르게 성장
망막색소상피세포
Mitf 전사인자*가 Nf2 발현을 활성화시켜 조직 성장 억제
섬모체
Nf2가 Yap/Taz*활성을 억제해 서서히 성장
전사인자: 각 조직에 특이적으로 존재하는 유전자
Yap/Taz: 기능 이상 시 과도한 세포분열로 인해 조직의 과성장이 유발
Nf2가 이상이 생겼을 때
섬모체 영역 신경전구세포가 과다 확장하는 대신 섬모체의 발달은 이뤄지지 않아 소안증 유발
망막 조직에서는 Nf2 발현이 낮아 조직이 빠르게 성장하는 반면, 망막색소상피세포에서는 Nf2 발현이 활성화돼 조직 성장이 멈춘다. 이 두 조직 사이에 위치한 섬모체에서는 Nf2가 일정 수준으로 유지되면서 서서히 성장한다.
이처럼 Nf2는 눈의 각 지역마다 다르게 작용해 상이한 성장을 유도하는 핵심 발달 조절인자이며, 이를 통해 우리 신체는 다양한 기능을 가진 상이한 조직으로 구성된 온전한 기관을 형성하게 된다. 이번 연구는 발달생물학분야 세계적인 권위지 ‘디벨로프멘탈 셀(Developmental Cell)’ 2018년 1월 8일자에 게재됐다.
기대효과 및 향후계획
이번 연구로 밝힌 Nf2의 기능은 눈뿐만 아니라 여러 기관 형성에 공통적으로 적용될 수 있는 원리로, 신체기관의 왜소증·비대증 기형 등 선천적 기관 발달의 이상을 이해하는데 단서를 제공할 수 있을 것이다. 이에, 다른 신체 기관에도 Nf2가 구역 간 성장 속도 조절의 스위치 역할을 하는지 검증할 예정이다.