이동설·박주철 연구팀, 골수줄기세포의 뼈 형성 촉진 기전 규명
골다공증 치료와 손상된 치주조직의 재생이 가능한 새로운 치료법이 나올 것으로 보인다.
국내 연구진이 골수줄기세포(Bone marrow stromal cells, BMSCs)로부터 뼈를 형성하는 뼈모세포(osteoblast)의 분화는 촉진하고 지방세포의 분화는 억제하는 새로운 메커니즘을 규명한 것.
서울대학교 치과대학 이동설 박사·박주철 교수 주도로 진행된 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)의 지원을 받아 수행했고, 연구결과는 국제학술지 <줄기세포지(Stem Cells)> 5월 6일자 온라인판에 'NFI-C Regulates Osteoblast Differentiation via Control of Osterix Expression'이란 논문명으로 게재됐다.
연구팀에 따르면 골수줄기세포는 뼈모세포와 지방세포(adipocyte)로 분화할 수 있는 능력을 갖고 있다. 뼈 생성은 TGF-β, BMP, Wnt, Hedgehog, Runx2, Osterix, 그리고 β-catenin과 같은 다양한 성장인자와 전사인자에 의해 조절되고, 반면 지방세포형성은 전사인자인 PPARγ에 의해 조절된다.
나이가 들면 골수줄기세포는 지방세포로 분화하려는 경향이 증가되는데, 이로 인해 골수에서 뼈모세포의 수가 감소하고, 지방세포의 수는 증가해 결국 골다공증의 위험도가 증가된다. 하지만 현재까지 골수줄기세포에서 뼈모세포와 지방세포로 분화하는 비율이 어떻게 조절되는지 그 기전은 알려져 있지 않았다.
연구팀은 이번 연구에서 NFI-C 유전자 적중 생쥐가 정상생쥐와는 달리 치아뿌리가 형성되지 않았고, 치아를 둘러싼 턱뼈와 넙다리뼈의 뼈 밀도가 감소된 것을 알아냈다.
또 이러한 이상은 뼈모세포로의 분화를 조절하는 Osterix의 생성을 증가시키는 반면, 지방세포 분화를 촉진하는 PPARγ의 생성은 억제하는 NFI-C가 생성되지 않기 때문임을 밝혔다.
NFI-C가 없으면 뼈모세포 분화는 감소하고 지방세포 분화가 증가해 뼈 형성과 뼈 밀도가 감소한 반면, NFI-C 유전자 적중 생쥐의 골수줄기세포에 다시 NFI-C 유전자를 주입하면 뼈모세포로의 분화가 촉진되고 지방세포 분화는 억제됐다는 것.
실제로 NFI-C 유전자가 도입된 골수줄기세포를 NFI-C 유전자 적중 생쥐의 넙다리뼈에 이식했을 때 정상생쥐와 비슷하게 뼈 형성이 증가됐다.
이와 관련 박주철 교수는 "이번 연구결과는 NFI-C 유전자는 골수줄기세포의 뼈모세포와 지방세포 분화의 운명을 결정하는데 필수적인 인자이며, 또한 NFI-C가 골다공증을 유발시킬 수 있는 새로운 후보 유전자라는 것을 제시하고 있다"고 말했다.
또 "골수줄기세포에서 NFI-C 유전자 발현을 조절하는 방식으로 골다공증 치료와 손상된 치주조직의 재생을 위한 치료법 개발 등에 실마리가 될 것"이라고 기대했다.
* 골수줄기세포(Bone marrow mesenchymal stem cell)
골수에 존재하는 성체줄기세포로 뼈를 형성하는 뼈모세포(osteoblast)와 지방을 형성하는 지방세포, 그 외 연골세포·근육세포 등으로 분화할 수 있다.
* NFI-C
표적 유전자 디에스피피(DSPP, 상아질 기질단백질)의 발현을 조절하는 신호전달 물질로 치아의 상아모세포 분화와 상아질 형성 등에 관여.
* 유전자 적중 생쥐(knockout mouse)
개체 전체에서 표적 유전자가 코딩하는 단백질이 만들어지지 않도록 유전자를 제거한 유전자조작생쥐.
* 넙다리뼈(femur)
엉덩이에서 무릎 사이 뼈. 윗부분은 골반과 고관절에 연결되어 있고, 아랫부분은 정강이뼈와 무릎 관절에 의해 연결되어 있는 긴뼈.
