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 R E S E A R C H

1. 섬모 형성 및 다양성 연구(Ciliogenesis  and Cilia type diversity)

 섬모 세포소기관은 세포분열기(M기)에 염색체 이동에 중요한 역할을 하는 중심체(centrosome)이 휴지기(G0/G1기)에 세포막으로 이동해서 기저체(basal body)로 변환이 되고 기저체로부터 튜블린(tubulin) 단백질의 중합 반응을 통해서 자라나는 미세소관(microtubule)으로 내부구조가 이루어져 있다. 섬모세포소기관은 미세소관이 9+2 형태로 구성되어져 있는 운동성 섬모와 9+0로 이루어진 비운동성 섬모가 존재한다. 운동성섬모는 체액의 순환을 유발하는 조직인 호흡기 기관지세포, 뇌실세포 등에 일부 존재하고 200-300여개의 섬모가 각각의 단일세포에 존재한다. 반면에 대부분의 척추동물의 세포는 하나의 단일섬모가 존재하는 비운동성섬모 형태를 띄고 있고 이는 진화적으로 보았을 때 운동성이 있는 편모의 퇴화된 세포소기관으로 여겨졌고 그 기능이 불명확했었다. 최근에 비운동성 섬모인 원발섬모(primary cilia)가 발생과정에서 세포내 다양한 신호전달계(Hedgehog, Notch, PDGF, Wnt)를 조절하는 신호전달 센터로 작용한다는 놀라운 사실이 규명되었다.

그림 1. 섬모의 구조적 특징 및 섬모 유형에 따른 미세소관 특징

 본 연구실은 마우스에서 세포주기에 따라서 생성과 소멸을 반복하는 섬모 세포소기관의 형성과 제거를 조절하는 유전자를 발굴하는 연구를 진행하고 있다. 선행연구를 통하여 섬모길이 조절 유전자인 Bromi, CCRK(Cell Cycle-Related Kinase), ICK(Intestinal Cell Kinase)를 발굴하였다. 이외에도 섬모 형성에 관여하는 유전자가 포유류 게놈상에 1000여개가 존재할 것으로 추정이 되고 있어서 섬모를 이해하기 위하여 추가적으로 많은 섬모형성 및 기능 조절 유전자 발굴이 필요한 상황이다.

 섬모가 갖고 있는 흥미로운 특징은 발생과정에서 초기 배아 단계 미분화 세포에서 분화가 이루어진 성체 조직세포로 발달이 될 때 특정 세포의 기능에 적합한 종류의 섬모로 변환이 이루어진다는 점이다. 그 예로서 기관지 상피세포는 발생초기 전구체 세포는 비운동성 원발섬모 형태를 유지하다가 분화가 이루어지면서 운동성 섬모로 변환이 일어난다. 이런 섬모 유형 전환을 통하여 비로서 호흡기관지로 유입된 먼지나 바이러스와 같은 외부 물질을 걸러내는 기능을 할 수 있게 된다. 이렇게 섬모는 발생 시기 및 조직세포에 따른 다양한 구조/기능을 담당하는 여러 유형의 섬모가 존재하고 전구체 세포에서 분화된 세포로 발생이 이루어질 때 섬모유형 변환을 유도하는 다양한 유전자 발현 프로그램이 존재하는데 그 과정에서 작용하는 전사인자와 타겟 유전자를 발굴하고 작동 기전을 규명하는 연구를 수행중이다.

그림 2. 발생과정에서 전구체 세포에 존재하는 비운동성 원발섬모(유형A)가 세포 분화과정에서 기능 특이적으로 다른 유형의 섬모로 변환이 되는 과정과 그 과정의 문제에 의해서 발병되는 질환의 예