바이오인

내이(內耳) 세포 발달의 유전적 청사진 규명
신기술을 이용한 두가지 생쥐실험으로 청각 및 균형감각에 필수적인 세포발달 이해를 증진

□ 단일세포 RNA 염기서열 분석이라는 민감한 새 기술을 생쥐 세포에 이용하여 신생 생쥐 내이의 유전자 발현에 대한 최초의 고해상도 지도를 완성

  ㅇ 이번 발견들은 내이의 상피세포들이 어떻게 발달하고 청각과 균형감각을 유지하는데 필수적인 기능을 수행하는 특정 세포로 분화하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공

  ㅇ 이들 중요한 세포들이 어떻게 형성되는지에 대한 이해는 향후 청각상실과 균형감각 장애 등에 대한 세포 기반 치료제 개발에 중요한 기반을 마련

  ㅇ 첫 번째 연구는 미 국립보건원 산하 국립 난청 및 기타 소통장애 연구소(NIDCD, National Institute on Deafness and Other Communication Disorders) 소속 연구자들에 의해 수행

  ㅇ 두 번째로, NIDCD 지원을 받은 매릴랜드 의과대학 및 Tel Aviv 대학 의과대학의 과학자들에 의해 수행된 관련 연구에서 연구자들은 내이 세포의 발달에 핵심적인 단백질군을 규명하기 위하여 유사한 기술을 사용

  ㅇ 두 연구들의 결과는 10월 15일 Nature Communications에 online으로 동시에 개제

□ 나이와 관련한 청력 상실은 우리 대부분에게서 나이를 먹어 감에 따라 점진적으로 발생

  ㅇ 75세 이상 노년 인구의 절반 이상에 영향을 미칠 만큼 노년층에 흔하게 발생하는 현상 중 하나라고 NIDCD의 책임자 James F. Battey, Jr. 박사는 언급

  ㅇ 이들 새로운 발견들은 이러한 공공 보건에 있어서 중요한 문제에 대한 새로운 재생치료법을 이끌게 될 것이라고 강조
 
  
【그림】생쥐 내이의 감각 기구 중 일부인 난형낭의 감각 구역 내의 청각 세포(적색) 및 관련된 지지세포(녹색)
제공 : Joseph Burns 박사, NIDCD

□ 내이의 분화된 감각 상피 세포에는 청각세포 및 지지세포를 포함하고 있으며 이들은 청각세포에게 핵심적인 구조적 및 기능적 지지를 제공

  ㅇ 내이 속에 존재하는 달팽이 모양의 달팽이관에 위치한 청각세포 및 지지세포들은 함께 소리를 감지하여 들을 수 있도록 함

  ㅇ 반면 달팽이관 근처의 액체로 채워진 작은 주머니인 난형낭에 위치한 청각세포와 지지세포들은 균형감각을 유지하는데 중요한 역할을 수행

    - 이들 세포들은 우리의 머리가 어떻게 움직이고 있고 어디에 위치하고 있는지를 감지하여 예를 들어 우리가 서 있는지 누워있는지 등에 대한 정보를 두뇌로 전달

    - 난형낭은 균형 감각을 제공하는 신체 내 여러 구조 및 기관 중 하나로 전정기관을 구성

□ 청각세포와 지지세포들은 약물, 감염, 질환, 부상 또는 노화 등으로 손상을 입을 수 있으며 이는 청각 상실 및 균형감각 문제를 야기

  ㅇ 사람에게서 이들 세포들은 자연적으로는 스스로 회복되지 않아서 효과적인 치료는 매우 제한적

  ㅇ 또한 이러한 감각세포는 수천 개만 존재하고 있으며 뼈로 이루어진 도관 속 깊이에 감춰져 있어서 연구하기가 매우 난해

□ 내이 세포 발달을 보다 깊게 이해하기 위하여 NIDCD의 발달 신경과학 실험실 책임자인 Matthew Kelley 박사와 그의 동료들은 단지 한 개의 세포로부터 광범위한 유전자 활성 데이터를 추출할 수 있는 단일세포 RNA 염기서열 분석이라는 새로운 기술을 사용

  ㅇ 이러한 종류의 데이터를 얻기 위한 다른 기존의 방법들은 대개 수천 개의 세포가 필요

  ㅇ 어떤 유전자가 활성화되어 있는지에 대한 지식은 과학자들에게 단일 세포 내의 개별 특성들과 기능에 대해 많은 것을 이야기 해 줄 수 있음

□ Kelley 박사 연구진은 갓 태어난 생쥐의 달팽이관과 난형낭으로부터 추출한  301개 세포들을 분석

    * 이중 일부는 청각세포이고 나머지는 지지세포

  ㅇ 이들 세포들의 유전자 활성 프로파일을 비교함으로써 연구진들은 청각세포 및 지지세포에서 독특한 패턴을 규명

  ㅇ 동일 종류 내에서 세포들을 추가적인 하위집단으로 분류할 수 있는 증거들도 발견

  ㅇ 이들 하위집단에 대해서는 알려진 것이 거의 없지만, 연구진들은 이들 하위집단 내 세포들이 보여주는 특징적인 유전자 활성 패턴으로 볼 때 특정한 기능을 수행할 것으로 유추

  ㅇ 과학자들은 이러한 데이터를 근거로 유전자 활성의 발달단계별 특징적인 패턴을 확인

    - 내이의 전정부분에 위치한 세포들은 뭔가 다른 속도로 발달하여 연구자들이 조사하는 시점에서 각 세포별 성숙도가 조금씩 차이가 나는 상태에 도달

    - 세포들의 유전자 활성 프로파일을 분석함으로써 발생단계별로 활성을 보이는 유전자들을 규명할 수 있었으며 이는 특정한 청각세포가 어떻게 형성되는지에 대한 중요한 단서를 제공

  ㅇ 연구의 주저자인 Kelley는 단일세포 프로파일 기법은 내이세포와 같이 세포의 숫자가 제한된 시스템에서 특히 세포의 유전적 활성을 확인하는 새로운 대안을 제공하였다고 언급

    - 내이세포들의 발달을 위한 유전자 발현 맵을 규명하는 것은 그들이 어떻게 생성되었는지를 이해하는데 필수적이며 이러한 세포들을 재생하는 방법을 만드는데 도움을 줄 것이라고 강조

□ 두 번째 연구에서도 연구자들은 RNA 염기서열 분석 기술의 장점을 활용

  ㅇ 연구자들은 청각세포에서 발현되는 유전자들의 공통된 조절부위를 찾기 위하여 계산-실험 접근법을 이용

  ㅇ 과학자들은 청각세포에서 특정적으로 활성화되어 있는 유전자의 발현을 돕는 Regulatory Factor Xs(RFX)라고 불리는 유전자 조절자 집단을 발견

  ㅇ 연구자들은 또한 RFX 유전자들이 청각에서 중요한 역할을 수행함도 증명

    - 두가지 RFX 단백질이 결핍된 생쥐는 생후 2주경에 청각세포를 잃게 되고 청각도 상실

    - 3달 경과 후 이들 생쥐들은 완전히 청력을 상실

    - 연구자들은 RFX 유전자 조절자들이 청각세포의 초기 발달 뿐만 아니라 세포의 성숙 및 장기 생존에 있어서 필수적이라고 결론

□ 처음 연구는 NIDCD의 기관고유연구(DC000059 및 DC000039)에 의해 지원

  ㅇ 두 번째 연구는 NIDCD(grants R01-DC013817, R01-DC003544 및 R01-DC014658)와 미 국립보건원 산하 당뇨, 소화기 및 신장 질환 연구소(NIDDK)의 grants K01-DK092402, R01-DK102001에 의해 지원

  ㅇ 두 번째 연구는 Triologic Society, 스위스 국립 과학 재단, Fondation pour la Recherche Medicale, ANR Ciliopath-X, 네브라스카 담배 화해 의과학 연구 개발 기금에 의해서도 지원

ㅇ 국립 난청 및 기타 소통장애 연구소(NIDCD, National Institute on Deafness and other Communication Disorders)

  - 청각, 균형, 미각, 후각, 음성, 언어 등의 정상 및 비정상 과정에 대한 연구 및 연수를 지원

  - 이와 관련하여 과학적인 발견에 근거한 보건 정보를 공공에 제공

  - NIDCD 프로그램에 대한 보다 많은 정보가 필요한 경우 웹사이트를 방문하기 바람 

ㅇ 미 국립보건원에 대하여 : 미 국립보건원은 국가에서 설립한 의료 연구기관으로 27개 연구소와 센터로 구성. 기초, 임상 및 중개 의료 연구를 지원하는 주요 연방기관이며 질환들의 원인, 대처 및 치료를 연구하고 있음. 보다 많은 정보가 필요한 경우 www.nih.gov를 방문하기 바람

* 출처 : National Institutes of Health (NIH) 보도자료(2015년 10월 15일)
        (http://www.nih.gov/news/health/oct2015/nidcd-15.htm)

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