상아질 형성부전증 제 II 형은 상아질 기질에 영향을 미치는 유전질환으로 dentin sialophosphoprotien(DSPP)의 돌연변이에 기인한다. DSPP 발현 산물 중 하나인 dentin phosphoprotein(DPP)은 Asp-Ser-Ser 서열이 반복되는 독특한 구조로, 상아질 석회화 성숙 과정에 관여한다. 본 연구는 DPP 영역을 포함한 DSPP 유전자 염기 서열 분석을 통하여 유전성 상아질 결함의 원인이 되는 돌연변이를 확인하고자 하였다. 임상적 및 방사선학적 검사와 DSPP 유전자 염기 서열 분석 및 DPP 영역의 allele-specific cloning을 시행하여 비교 분석한 결과, 2688번 염기인 티민의 결실(c.2688delT)이 확인 되었고, -1 bp frameshift 돌연변이를 야기하였다. 이는 친수성 아미노산을 소수성으로 치환시켜, DPP 특성의 변화 및 상호작용 능력 저하를 일으켜 상아질 형성부전증 제 II 형의 원인으로 작용하였다.
상아질 형성부전증 제 II 형은 상아질 기질에 영향을 미치는 유전질환으로 dentin sialophosphoprotien(DSPP)의 돌연변이에 기인한다. DSPP 발현 산물 중 하나인 dentin phosphoprotein(DPP)은 Asp-Ser-Ser 서열이 반복되는 독특한 구조로, 상아질 석회화 성숙 과정에 관여한다. 본 연구는 DPP 영역을 포함한 DSPP 유전자 염기 서열 분석을 통하여 유전성 상아질 결함의 원인이 되는 돌연변이를 확인하고자 하였다. 임상적 및 방사선학적 검사와 DSPP 유전자 염기 서열 분석 및 DPP 영역의 allele-specific cloning을 시행하여 비교 분석한 결과, 2688번 염기인 티민의 결실(c.2688delT)이 확인 되었고, -1 bp frameshift 돌연변이를 야기하였다. 이는 친수성 아미노산을 소수성으로 치환시켜, DPP 특성의 변화 및 상호작용 능력 저하를 일으켜 상아질 형성부전증 제 II 형의 원인으로 작용하였다.
Dentinogenesis imperfecta type II (DGI-II) is an inherited disorder affecting the dentin matrix and is related to mutations in the dentin sialophosphoprotein (DSPP) gene. The protein encoded by the DSPP gene undergoes extensive posttranslational modifications. Dentin phosphoprotein (DPP), one of the...
Dentinogenesis imperfecta type II (DGI-II) is an inherited disorder affecting the dentin matrix and is related to mutations in the dentin sialophosphoprotein (DSPP) gene. The protein encoded by the DSPP gene undergoes extensive posttranslational modifications. Dentin phosphoprotein (DPP), one of the DSPP expressed products, has unique composition with highly repetitive Asp-Ser-Ser amino acid residues and is related to the maturation of dentin mineralization. We aimed to identify mutation in DSPP, including the DPP coding region, contributing to inherited dentin defects in a Korean family with DGI-II. Clinical and radiographic examinations were performed, and all five exons and exon-intron boundaries of the DSPP gene were sequenced. Additionally, allele-specific cloning for highly repetitive DPP region was performed. By sequencing and cloning, a heterozygous single nucleotide deletion (c.2688delT) was identified. The identified mutation caused a frameshift in the DPP coding region. This frameshift mutation would introduce hydrophobic amino acids instead of hydrophilic amino acids and would result in a change in the characteristics of DPP.
Dentinogenesis imperfecta type II (DGI-II) is an inherited disorder affecting the dentin matrix and is related to mutations in the dentin sialophosphoprotein (DSPP) gene. The protein encoded by the DSPP gene undergoes extensive posttranslational modifications. Dentin phosphoprotein (DPP), one of the DSPP expressed products, has unique composition with highly repetitive Asp-Ser-Ser amino acid residues and is related to the maturation of dentin mineralization. We aimed to identify mutation in DSPP, including the DPP coding region, contributing to inherited dentin defects in a Korean family with DGI-II. Clinical and radiographic examinations were performed, and all five exons and exon-intron boundaries of the DSPP gene were sequenced. Additionally, allele-specific cloning for highly repetitive DPP region was performed. By sequencing and cloning, a heterozygous single nucleotide deletion (c.2688delT) was identified. The identified mutation caused a frameshift in the DPP coding region. This frameshift mutation would introduce hydrophobic amino acids instead of hydrophilic amino acids and would result in a change in the characteristics of DPP.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 상아질 형성부전증 제 II 형 한국인 환자의 임상적 및 방사선학적 소견과 DPP 부위를 포함한, DSPP 유전자 염기 서열 분석을 시행하여, 유전성 상아질 형성부전 질환에 관여하는 유전자 돌연변이를 확인하고자 하였다.
본 연구에서는 유전적 상아질 질환 환자에서 DPP 부위를 포함한 DSPP 유전자의 염기 서열 분석을 통하여 유전적 원인을 찾아보고자 하였다. DPP 부위를 포함한, DSPP 의 1 - 5 exon과 exon-intron 인접 부위의 염기 서열을 분석하였고, 고도 반복서열을 지닌 DPP 부위는 allele-specific cloning을 이용하여 각 clone 간 비교 분석을 시행하였다.
제안 방법
본 연구에서는 유전적 상아질 질환 환자에서 DPP 부위를 포함한 DSPP 유전자의 염기 서열 분석을 통하여 유전적 원인을 찾아보고자 하였다. DPP 부위를 포함한, DSPP 의 1 - 5 exon과 exon-intron 인접 부위의 염기 서열을 분석하였고, 고도 반복서열을 지닌 DPP 부위는 allele-specific cloning을 이용하여 각 clone 간 비교 분석을 시행하였다. 그 결과, 2688번째 염기인 티민의 결실을 확인하였다(c.
중합효소 연쇄 반응은 HiPi DNA polymerase premix(ElpisBio, Daejeon, Korea)를 이용하여 진행하였다. 증폭된 산물은 PCR Purification Kit(ElpisBio, Daejeon, Korea)를 사용하여 정제한 후, DNA sequencing center(Macrogen, Seoul, Korea)에서 DNA 염기 서열을 분석하였다. 모든 핵산(nucleotide)의 번호(numbering)는 시작 코돈(codon) ATG의 A를 1로 시작하여 계산하였다.
대상 데이터
‘치아가 태생적으로 안 좋다’라는 주소로 서울대학교 치과병원 소아치과에 내원한 상아질 형성부전증 제 II 형의 12세 여아를 대상으로 하였다. 해당 연구 프로토콜은 서울대학교 치과병원 Institutional Review Board의 승인 아래 진행하였다.
채취한 말초 혈액 샘플로부터 QuickGene DNA whole blood kit S와 QuickGene-Mini80 equipment(Fujifilm, Tokyo, Japan)를 이용하여 genomic DNA를 추출하였다. 중합효소 연쇄 반응과 DNA 염기 서열 분석은 이전에 보고된 논문을 참고하여 진행하였다[3,4,12].
데이터처리
증폭된 산물은 Topcloner PCR cloning kit(Enzynomics, Seoul, Korea)를 이용하여 cloning 하였다. 각 clone의 plasmid DNA는 Plasmid MiniprepKit(ElpisBio, Daejeon, Korea)를 이용하여 정제한 후, DNA sequencing center(Macrogen, Seoul, Korea)에서 분석한 DNA 염기 서열을 ClustalW2(http://www.ebi.ac.uk/Tools/clustalw2/index.html)를 이용하여 비교 분석하였다.
이론/모형
exon 1의 sense 5’-gggatcctaaacagtgattggt와 antisense 5’-aaatcaaactggcttcatctttg(248-bp); exon 2의 sense 5’-gatgcccccataaccacacc와 antisense 5’-ctccatgacttctgggcatt(594-bp); exon 3과 exon 4의 sense 5’-caagccctgtaagaagccact와 antisense5’-acatggatgcttgtcatggt(1,490-bp); exon 5의 sense 5’-cctatggcaacttttcccagt와 antisense 5’-tgtcattgtcatcattcccatt(589-bp). 중합효소 연쇄 반응은 HiPi DNA polymerase premix(ElpisBio, Daejeon, Korea)를 이용하여 진행하였다. 증폭된 산물은 PCR Purification Kit(ElpisBio, Daejeon, Korea)를 사용하여 정제한 후, DNA sequencing center(Macrogen, Seoul, Korea)에서 DNA 염기 서열을 분석하였다.
성능/효과
DSPP 유전자 exon 부위의 염기 서열 분석 및 DPP 부위의 allele-specific cloning 염기 서열 분석 결과, exon 1 - 4 영역에서는 돌연변이가 관찰되지 않았으나, DPP 영역에서 2688번째 염기인 티민(thymine)이 결실된 것이 확인되었다(c.2688delT,Fig. 3).
DSPP 유전자의 exon 1 - 4 부위와 exon 5 부위의 5’ 말단 부위는 DSP를 암호화하고 있으며, 5’ 말단 부위를 제외한 exon 5의 많은 부분은 DPP를 암호화하고 있다. 따라서 이번 연구에서 발견된 돌연변이의 위치를 고려해 보았을 때, DPP에 변이가 일어난 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 상아질 형성부전증 제 II 형의 한국인 가족에서DPP domain을 포함한 DSPP 유전자 염기 서열 분석 결과, 상염색체 우성 유전 패턴을 보이는 c.2688delT 돌연변이가 확인되었다. 이는 -1 net frameshift 돌연변이를 야기하여 DPP의 친수성 아미노산을 소수성 아미노산으로 치환시켜 DPP의 독특한 생화학적 물성의 변화로 상아질 형성부전증 제 II 형을 일으켰다.
이는 -1 net frameshift 돌연변이를 야기하여 DPP의 친수성 아미노산을 소수성 아미노산으로 치환시켜 DPP의 독특한 생화학적 물성의 변화로 상아질 형성부전증 제 II 형을 일으켰다. 비록 DPP의 명확한 작용기능을 확인할 수는 없었으나, 상아질 형성과정에서 필수적인 역할을 한다는 것을 확인할 수 있었다. 향후 해당 단백질의 상아질 석회화 기전의 명확한 메커니즘에 대한 연구 및 변이된 유전자로부터 발현된 돌연변이 단백질에 대한 분자병리학적 연구가 필요할 것이다.
후속연구
본 연구의 한계점은 유전성 상아질 형성부전 질환을 일으키는 돌연변이 DSPP 유전자를 확인하였지만, 변이된 유전자로부터 발현된 단백질의 정확한 생화학적 성질 및 3차원적 구조 변화와이에 대한 다른 물질과의 명확한 상호작용 기전에 대한 연구가 부족하다는 것이다. 따라서 향후, 상아질 결함의 원인이 되는 돌연변이 DSPP의 분자병리학적 메커니즘을 규명하기 위한 추가적인 연구가 진행되어야 할 것이다.
본 연구의 한계점은 유전성 상아질 형성부전 질환을 일으키는 돌연변이 DSPP 유전자를 확인하였지만, 변이된 유전자로부터 발현된 단백질의 정확한 생화학적 성질 및 3차원적 구조 변화와이에 대한 다른 물질과의 명확한 상호작용 기전에 대한 연구가 부족하다는 것이다. 따라서 향후, 상아질 결함의 원인이 되는 돌연변이 DSPP의 분자병리학적 메커니즘을 규명하기 위한 추가적인 연구가 진행되어야 할 것이다.
비록 DPP의 명확한 작용기능을 확인할 수는 없었으나, 상아질 형성과정에서 필수적인 역할을 한다는 것을 확인할 수 있었다. 향후 해당 단백질의 상아질 석회화 기전의 명확한 메커니즘에 대한 연구 및 변이된 유전자로부터 발현된 돌연변이 단백질에 대한 분자병리학적 연구가 필요할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
상아질이란?
상아질은 치아의 주요 부분을 구성하는 성분 중 하나로, 치수를 보호하며, 파절과 마모에 저항할 수 있도록 법랑질을 지지하는 중요한 역할을 한다[1]. 따라서, 상아질에 결함이 있는 경우 상아질 자체의 물리적 성질 저하 및 법랑질 기능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
상아질의 역할은?
상아질은 치아의 주요 부분을 구성하는 성분 중 하나로, 치수를 보호하며, 파절과 마모에 저항할 수 있도록 법랑질을 지지하는 중요한 역할을 한다[1]. 따라서, 상아질에 결함이 있는 경우 상아질 자체의 물리적 성질 저하 및 법랑질 기능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
유전성 상아질 형성부전 질환중 상아질 형성부전증 제 II 형의 특징은 어떠한가?
상아질 형성부전증 제 I 형은 골 형성부전증과 동반되어 나타나며, 상아질 형성부전증 제 II 형과 비슷한 양상을 보이나, 표현도(expressivity)가 한 환자에서도 다양하게 나타날 수 있다. 상아질 형성부전증 제 II 형은 갈색에서 유백색(opalescent)의 변색, 구근상(bulbous)의 치관 형태 및 치수강의 폐쇄가 나타나며, 제 I 형에 비해 균일한 표현도를 보인다. 상아질 형성부전증 제 III 형은 미국 Maryland 남부와 Brandywine 지방에서 처음 발견되었는데, 넓은 치수강의 각상치(shell teeth)와 심한 마모 및 변색이 특징적이다.
Shields ED, Bixler D, el-Kafrawy AM : A proposed classification for heritable human dentine defects with a description of a new entity. Arch Oral Biol , 18:543-553, 1973.
Kim JW, Nam SH, Simmer JP, et al . : A novel splice acceptor mutation in the DSPP gene causing dentinogenesis imperfecta type II. Hum Genet , 115:248-254, 2004.
Lee KE, Kang HY, Kim JW, et al . : Novel dentin phosphoprotein frameshift mutations in dentinogenesis imperfecta type II. Clin Genet , 79:378-384, 2011.
Nieminen P, Papagiannoulis-Lascarides L, Alaluusua S, et al . : Frameshift mutations in dentin phosphoprotein and dependence of dentin disease phenotype on mutation location. J Bone Miner Res , 26:873-880, 2011.
MacDougall M, Simmons D, Gu TT, et al . : Dentin phosphoprotein and dentin sialoprotein are cleavage products expressed from a single transcript coded by a gene on human chromosome 4. Dentin phosphoprotein DNA sequence determination. J Biol Chem , 272:835-842, 1997.
Wang SK, Chan HC, Hu JC, et al . : Enamel malformations associated with a defined dentin sialophosphoprotein mutation in two families. Eur J Oral Sci , 119:158-167, 2011.
Song YL, Wang CN, Bian Z, et al . : Dentin phosphoprotein frameshift mutations in hereditary dentin disorders and their variation patterns in normal human population. J Med Genet , 45:457-464, 2008.
McKnight DA, Simmer JP, Fisher LW, et al . : Overlapping DSPP mutations cause dentin dysplasia and dentinogenesis imperfecta. J Dent Res , 87:1108-1111, 2008.
Bloch-Zupan A, Huckert M, Dollfus H, et al . : Detection of a Novel DSPP Mutation by NGS in a Population Isolate in Madagascar. Front physiol , 7:70, 2016.
McKnight DA, Suzanne Hart P, Fisher LW, et al . : A comprehensive analysis of normal variation and disease-causing mutations in the human DSPP gene. Hum mutat , 29:1392-1404, 2008.
George A, Bannon L, Copeland NG, et al . : The carboxylterminal domain of phosphophoryn contains unique extended triplet amino acid repeat sequences forming ordered carboxyl-phosphate interaction ridges that may be essential in the biomineralization process. J Biol Chem , 271:32869-32873, 1996.
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