본 연구는 서울대학교 치과병원 소아치과에 내원한 부분 무치증 환자를 대상으로 질환의 원인이 될 수 있는 돌연변이를 규명하고, 그 역할에 대하여 고찰하고자 하였다. 다수의 영구치 결손을 주소로 서울대학교 치과 병원에 내원 한 7세 여아와 어머니를 대상으로 구강검진 및 파노라마 방사선 촬영을 진행하였다. 연구 동의서를 받고, 유전자 검사를 위한 채혈을 시행하였다. PAX9 유전자의 모든 exon에 대해 특이적인 primer를 이용하여 중합효소 연쇄반응을 시행하였으며, 해당 산물을 정제하고 염기서열분석을 진행하였다. 결과는 NCBI Gene Bank와 대조하여 해당 영역의 돌연변이를 조사하였다. 7세 환아는 총 11개의 영구치 결손이 관찰되었으며, 어머니는 총 19개의 영구치 결손이 관찰되었다. 치아 결손 외에 손톱, 모발, 피부, 땀샘과 연관 된 다른 결함은 관찰되지 않았다. 유전자 분석 결과, PAX9의 exon 2 영역에서 nonsense mutation(c.184G>T, $p.Glu62^*$)을 확인하였으며, 대상자 모두에서 이형접합 돌연변이로 관찰되었다. 해당 돌연변이의 결과로 exon 2 내에서 전사 종결이 일어나게 되며, 발현 된 단백질은 정상 단백질에 비하여 280개의 아미노산이 짧은 상태로 발현된다고 추측할 수 있다. 결손된 부분은 paired box domain 및 DNA binding site 등 해당 단백질의 기능에 있어서 필수적인 영역을 포함하고 있으므로, 부분 무치증을 유발했을 가능성이 높다. 또는 해당 돌연변이의 전사체가 nonsense-mediated decay system(NMD system)에 의하여 분해됨으로써 haploinsufficiency를 유발하여 부분 무치증의 원인으로 작용했을 것으로 사료된다.
본 연구는 서울대학교 치과병원 소아치과에 내원한 부분 무치증 환자를 대상으로 질환의 원인이 될 수 있는 돌연변이를 규명하고, 그 역할에 대하여 고찰하고자 하였다. 다수의 영구치 결손을 주소로 서울대학교 치과 병원에 내원 한 7세 여아와 어머니를 대상으로 구강검진 및 파노라마 방사선 촬영을 진행하였다. 연구 동의서를 받고, 유전자 검사를 위한 채혈을 시행하였다. PAX9 유전자의 모든 exon에 대해 특이적인 primer를 이용하여 중합효소 연쇄반응을 시행하였으며, 해당 산물을 정제하고 염기서열분석을 진행하였다. 결과는 NCBI Gene Bank와 대조하여 해당 영역의 돌연변이를 조사하였다. 7세 환아는 총 11개의 영구치 결손이 관찰되었으며, 어머니는 총 19개의 영구치 결손이 관찰되었다. 치아 결손 외에 손톱, 모발, 피부, 땀샘과 연관 된 다른 결함은 관찰되지 않았다. 유전자 분석 결과, PAX9의 exon 2 영역에서 nonsense mutation(c.184G>T, $p.Glu62^*$)을 확인하였으며, 대상자 모두에서 이형접합 돌연변이로 관찰되었다. 해당 돌연변이의 결과로 exon 2 내에서 전사 종결이 일어나게 되며, 발현 된 단백질은 정상 단백질에 비하여 280개의 아미노산이 짧은 상태로 발현된다고 추측할 수 있다. 결손된 부분은 paired box domain 및 DNA binding site 등 해당 단백질의 기능에 있어서 필수적인 영역을 포함하고 있으므로, 부분 무치증을 유발했을 가능성이 높다. 또는 해당 돌연변이의 전사체가 nonsense-mediated decay system(NMD system)에 의하여 분해됨으로써 haploinsufficiency를 유발하여 부분 무치증의 원인으로 작용했을 것으로 사료된다.
The aim of this study was to identify the causative genetic mutation in a family with non-syndromic oligodontia. The 7-year-old female proband and her mother underwent oral examination, panoramic radiographs were obtained and blood samples were collected. All exons of the PAX9 gene were amplified by...
The aim of this study was to identify the causative genetic mutation in a family with non-syndromic oligodontia. The 7-year-old female proband and her mother underwent oral examination, panoramic radiographs were obtained and blood samples were collected. All exons of the PAX9 gene were amplified by polymerase chain reaction and sequenced. The sequencing results were compared with the standard human gene sequence. The proband lacked 11 permanent teeth, and her mother lacked 19 permanent teeth. No other birth defects were observed. As a result of gene analysis, there was a novel heterozygous nonsense mutation (c.184G>T, $p.Glu62^*$) in exon 2 in both affected subjects. It is suspected that the nonsense mutation leads premature termination of translation, yields a truncated protein 280 amino acids shorter than the wild-type protein. These defects include parts of the paired box domain, a DNA-binding site that plays an essential role in protein function. Otherwise, more likely the mutant transcript would be degraded by nonsense-mediated decay system, resulting haploinsufficiency to cause oligodontia in this family.
The aim of this study was to identify the causative genetic mutation in a family with non-syndromic oligodontia. The 7-year-old female proband and her mother underwent oral examination, panoramic radiographs were obtained and blood samples were collected. All exons of the PAX9 gene were amplified by polymerase chain reaction and sequenced. The sequencing results were compared with the standard human gene sequence. The proband lacked 11 permanent teeth, and her mother lacked 19 permanent teeth. No other birth defects were observed. As a result of gene analysis, there was a novel heterozygous nonsense mutation (c.184G>T, $p.Glu62^*$) in exon 2 in both affected subjects. It is suspected that the nonsense mutation leads premature termination of translation, yields a truncated protein 280 amino acids shorter than the wild-type protein. These defects include parts of the paired box domain, a DNA-binding site that plays an essential role in protein function. Otherwise, more likely the mutant transcript would be degraded by nonsense-mediated decay system, resulting haploinsufficiency to cause oligodontia in this family.
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문제 정의
그러므로 exon 2 내의 돌연변이는 앞서 기술한 기능에 치명적인 손상을 초래할 것이라 예상할 수 있다. 본 연구에서는 서울대학교 치과병원에 내원한 비증후군성 부분 무치증 환자를 대상으로 PAX9 영역의 염기서열을 분석하여 병인이 될 수 있는 돌연변이를 찾고, 그 기능에 대하여 고찰하였다.
제안 방법
HiPi DNA polymerase premix(ElpisBio, Korea)를 이용하여 중합 효소 연쇄 반응을 진행하였다.
정제한 PCR 산물은 DNA-sequencing center(Macrogen, Korea)에서 염기 서열을 분석하였다. 결과는 NCBI GeneBank의 참고 서열과 비교하여 해당 영역의 돌연변이를 조사하였다.
본 연구에서는 서울대학교 치과병원에 내원한 부분 무치증 환자와 그 어머니를 대상으로 PAX9의 모든 exon에 대해 염기서열 분석을 시행하였다. 그 결과로 대상자들에서 나타난 부분 무치증의 발생과 연관이 높을 것으로 추측되는 nonsense mutation을 확인하였다.
본 연구는 다수의 영구치 결손을 주소로 서울대학교 치과병원 소아치과에 내원한 7세 여아를 대상으로 하였다. 환자와 어머니를 대상으로 구강 검사 및 파노라마 방사선 촬영을 진행하였고, 인터뷰를 통하여 가계도를 얻었다. 두 대상자의 말초 혈액을 채취하였고, 이로부터 genomic DNA를 추출하였다.
대상 데이터
본 연구는 다수의 영구치 결손을 주소로 서울대학교 치과병원 소아치과에 내원한 7세 여아를 대상으로 하였다. 환자와 어머니를 대상으로 구강 검사 및 파노라마 방사선 촬영을 진행하였고, 인터뷰를 통하여 가계도를 얻었다.
환자(III:1)는 임상 검사 및 파노라마 방사선학적 검사 결과 상악 제1대구치, 제2대구치, 제2소구치, 우측 제1소구치와 하악 제2대구치, 중절치 결손으로 총 11개의 영구치 결손이 관찰되었다(Fig. 1, Table 2).
이론/모형
두 대상자의 말초 혈액을 채취하였고, 이로부터 genomic DNA를 추출하였다. DNA의 농도와 순도는 spectrophotometry(분광 광도법)를 사용하여 흡광도 260 nm/280 nm에 의해 측정하였으며, 농도는 10 ng/μL로 정량하여 사용하였다. 연구 참여 동의서를 받았으며, 해당 연구 프로토콜은 서울대학교 치과 병원 Institution Review Board 승인을 받고 진행하였다(IRB File NO.
성능/효과
간엽조직에서homeobox를 포함하여 많은 유전자의 발현을 유도하는 등 치아형성과정에서 BMP4 유전자의 중요성은 다양한 연구를 통해 밝혀져 있으므로16), 해당 유전자의 전사 활성 소실은 치아 발생과정에 치명적인 손상을 일으킬 것이라 예상할 수 있다. 결론적으로 PAX9 유전자의 기능 소실은 BMP4 promoter 전사 활성에 손상을 일으키게 되어 비정상적인 치아 발생을 초래했을 가능성이 있다.
본 연구에서는 서울대학교 치과병원에 내원한 부분 무치증 환자와 그 어머니를 대상으로 PAX9의 모든 exon에 대해 염기서열 분석을 시행하였다. 그 결과로 대상자들에서 나타난 부분 무치증의 발생과 연관이 높을 것으로 추측되는 nonsense mutation을 확인하였다. 본 연구에서 확인한 돌연변이가 부분 무치증을 유발했을 병적 기전은 다음과 같이 예상할 수 있다.
본 연구에서 새롭게 발견한 돌연변이(c.184G>T, p.Glu62*)는 PAX9 유전자의 기능 손상을 초래하여 해당 가계에서 나타난 부분 무치증의 병인이 되었을 것으로 추측된다. 향후 해당 돌연변이 유전자의 발현 변화와 단백질 병적 기능에 관련된 연구는 치아 결손 발생 과정을 설명하는데 도움이 될 것이며, 부분 무치증의 원인 기전을 이해하는데 기여하게 될 것이다.
후속연구
변이된 유전자의 발현 변화 및 단백질 기능 연구가 동반되지 않았으므로 해당 돌연변이가 어떠한 기전으로 치아 결손을 유발했는지에 대하여 확인하지 못했다. 또한 같은 돌연변이 유전자형을 갖는 두 대상자에서 치아 결손 표현형이 다르게 표현된 사실은 유전적인 수정 요인(modifier) 또는 환경 요인의 역할을 의미할 수 있는데, 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.
219insG 돌연변이로 생성된 단백질에서 DNA 결합 기능이 소실되어 전사 인자로서의 활성을 잃음을 보고하였다. 이와 관련하여 본 연구에서 밝힌 돌연변이로 인한 단백질의 기능 손실 여부를 밝히기 위하여는 추가 연구로 단백질 기능 변화에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
321insG frameshift 돌연변이 기능분석에서는 해당 mRNA가 분해가 일어나는 것이 아니라 wild-type mRNA에 비해 불안정하여 단백질로의 발현이 덜 일어남을 보고하였다21). 이와 관련하여 본 연구에서 확인한 돌연변이 전사체의 발현 여부 또는 그 변화에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.
Glu62*)는 PAX9 유전자의 기능 손상을 초래하여 해당 가계에서 나타난 부분 무치증의 병인이 되었을 것으로 추측된다. 향후 해당 돌연변이 유전자의 발현 변화와 단백질 병적 기능에 관련된 연구는 치아 결손 발생 과정을 설명하는데 도움이 될 것이며, 부분 무치증의 원인 기전을 이해하는데 기여하게 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
부분 무치증의 유병률은 어떻게 되는가?
이 중 부분 무치증의 유병률은 0.08-1.1%로 다양하게 나타나는데, 표본 선택의 다양성 등에 의한 것으로 판단된다2). 일으키는 원인에 대하여는 아직 완전하게 밝혀지지 않았으나 유전적 또는 환경적인 요인에 의해 복합적으로 나타날 수 있다고 보고되어있다7).
선천적 치아 결손은 상실된 치아의 수에 따라 어떻게 분류 할 수 있나?
선천적 치아 결손은 상실된 치아의 수에 따라 다음과 같이 분류 할 수 있다. 제3대구치를 제외하고 1-5개의 치아가 결손된 경우를 말하는 치아 결손증(hypodontia), 6개 이상의 치아가 결손된 경우를 말하는 부분 무치증(oligodontia), 그리고 모든치아가 결손된 무치증(anodontia)이다.
PAX9는 무엇을 만드나?
이 중에서 PAX9은 paired box domain gene family에 속하는 유전자로서 치아 발생 과정에서 필수적인 역할을 하는 전사 인자(transcription factor)를 만든다. 따라서 해당 기능이 손상될 경우 다양한 경로를 통해 치아 발생 과정에 치명적 손상을 초래할 수 있으며, 이는 PAX9 돌연변이 배아의 치아 발생이 싹 시기(bud stage)에서 멈추는 것을 통하여 확인할 수 있다10).
참고문헌 (24)
Pawlowska E, Janik-Papis K, Szczepanska J, et al. : Mutations in the PAX9 gene in sporadic oligodontia. Orthod Craniofac Res, 13:142-152, 2010.
Wang J, Xu Y, Lai W, et al. : PAX9 polymorphism and susceptibility to sporadic non-syndromic severe anodontia: a case-control study in southwest China. J Appl Oral Sci, 21:256-264, 2013.
Mostowska A, Kobielak A, Trzeciak WH : Molecular basis of non-syndromic tooth agenesis: mutations of MSX1 and PAX9 reflect their role in patterning human dentition. Eur J Oral Sci, 111:365-370, 2003.
Gerits A, Nieminen P, De Muynck S, Carels C : Exclusion of coding region mutations in MSX1, PAX9 and AXIN2 in eight patients with severe oligodontia phenotype. Orthod Craniofac Res, 9:129-136, 2006.
Mensah JK, Ogawa T, D'Souza RN, et al. : Functional analysis of a mutation in PAX9 associated with familial tooth agenesis in humans. J Biol Chem, 279:5924-5933, 2004.
Chen Y, Bei M, Maas R, et al. : Msx1 controls inductive signaling in mammalian tooth morphogenesis. Development, 122:3035-3044, 1996.
Ogawa T, Kapadia H, D’Souza RN, et al. : Functional consequences of interactions between Pax9 and Msx1 genes in normal and abnormal tooth development. J Biol Chem, 281:18363-18369, 2006.
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