[의과학 칼럼] 후성유전학적 근육 형성의 비밀
최근 줄기세포를 이용한 세포치료연구가 활발히 진행되고 있다. 배아줄기세포, 성체줄기세포 혹은 유도 줄기세포를 이용한 뇌, 심장, 척추질환 등에 대한 적용효과가 기대되지만, 줄기세포의 비정상적 분화 혹은 암 조직으로의 변이라는 문제점이 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 세포분화 메커니즘 이해는 세포치료의 전제조건이다.본 연구팀은 우리 몸에 운동성을 부여하는 골격근의 손실을 유발하는 다양한 근육질환들(Muscular Dystrophy)을 이해하고, 질환치료에 적용하기 위해 골격근 연구를 수행하고 있다. 골근육 손실은 예방 및 치료가 난해한 상태이기 때문에 질환치료를 위해선 먼저 근육 확립과정에 관한 체계적 이해가 필요하다. 이를 위해 중배엽 근육 성체줄기세포 등을 이용한 근육 분화 과정의 유전자 발현 변화 탐색, 유전자 발현 조절 인자와 조절 메커니즘 및 근육 손실과의 연관성을 분자 수준에서 밝히는데 초점을 맞추고 있다.세포분화는 게놈상에 존재하는 유전자들의 발현 네트워크의 변화를 의미한다. 이는 유전자 발현 프로그램이 세포의 형태, 성질, 기능을 포함하는 전반적 특성을 결정하기 때문이다. 이러한 유전자 발현 프로그램은 게놈의 크로마틴 구조에 영향을 받는데 히스톤샤페론이 크로마틴 형태를 결정하는 대표적인 단백질로 근육 특이적 크로마틴 환경을 형성해 역동적 근육 유전자 발현과 세포 운명을 결정한다는 사실을 Proceedings of the National Academy of Science 저널(IF;9.7, 논문명; Myogenic transcriptional activation of MyoD mediated by replication-independent histone deposition) 및 Nucleic Acids Research(IF;9.1) 등에 보고한 바 있다.히스톤샤페론은 크로마틴의 구성 성분인 히스톤 단백질을 선택적으로 도입하여 게놈내 특징적인 크로마틴 도메인을 구축하고 유전자 발현을 전사단계에서 결정하는 중요한 기능을 수행한다. 최근 후성유전학적 조절 기능의 약물로서 히스톤탈아세틸화 효소 및 DNA 메틸화 효소 저해제가 사용되고 있는데 이와 더불어 전혀 새로운 측면에서 또 다른 크로마틴 조절 경로가 상세히 밝혀지고 있어 이러한 히스톤샤페론 단백질들을 타겟하는 저분자 물질들을 통해 세포 확립 및 질환 치료가 가능해지리라 기대하고 있다. 히스톤단백질 뿐만 아니라 근육 전사인자 또한 크로마틴 단백질에 의해 활성이 조절되고 있음을 확인하였으므로(Nucleic Acids Research, 논문명; Modulation of lysine methylation in myocyte enhancer factor 2 during skeletal muscle cell differentiation) 후성유전학적 약물들의 활용 범위는 계속 확장되고 있는 셈이다.이러한 일련의 연구들은 건강한 근육 조직을 유지하고 새로운 근육세포로의 분화, 비정상적 세포생성/암변이 억제기술에 응용할 수 있고 히스톤샤페론 및 전사 단백질의 활성을 타겟하여 근육세포 분화 시점 및 정도를 결정하는데 이용할 수 있다. 최근 가용한 줄기세포의 확보가 용이해지고 임상적 응용 범위가 확대된 것과 함께 근육세포를 활용한 치료에 적용하면 그 활용도가 높을 것이라 기대한다.
조은정 성균관대학교 약학대학 교수(MRC 에피지놈 제어 연구센터)
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