초록 ▼

□ 연구개요
인두낭(pharyngeal pouches)은 인두내배엽 조직 일부가 규칙적으로 외배엽을 향해 이동하면서 형성된 주머니 모양의 상피조직이다. 인두낭은 척추동물의 머리얼굴(craniofacial) 발달과정에서 머리얼굴뼈 및 흉선과 같은 머리얼굴의 주요 분비샘 발달에 중요하다. 마우스 및 제브라피쉬에서의 연구결과 Fgf 신호가 인두낭의 발달에 중요한 역할을 한다는 것이 보고가 보고되었지만, 세포 및 분자수준에서 Fgf 신호가 인두낭 형태발생을 조절하는 발생기전에 관한 연구는 아직 미약하다. 본 연구의 목표는 제브라피쉬에

□ 연구개요
인두낭(pharyngeal pouches)은 인두내배엽 조직 일부가 규칙적으로 외배엽을 향해 이동하면서 형성된 주머니 모양의 상피조직이다. 인두낭은 척추동물의 머리얼굴(craniofacial) 발달과정에서 머리얼굴뼈 및 흉선과 같은 머리얼굴의 주요 분비샘 발달에 중요하다. 마우스 및 제브라피쉬에서의 연구결과 Fgf 신호가 인두낭의 발달에 중요한 역할을 한다는 것이 보고가 보고되었지만, 세포 및 분자수준에서 Fgf 신호가 인두낭 형태발생을 조절하는 발생기전에 관한 연구는 아직 미약하다. 본 연구의 목표는 제브라피쉬에서 인두낭의 형태발생 과정을 조절하는 다양한 Fgf 리간드들의 기능을 유전자-세포-조직의 모든 수준에서 통섭적으로 규명하는 것이다. 이를 위해서 본 연구에서는 인두낭 발달과정 동안 인두 부위에서 발현이 확인 된 fgf3, fgf4, fgf17, fgf24 유전자들이 인두낭 형태발생을 조절하는 발생기전을 유전적, 세포생물학적 그리고 분자생물학적 분석방법을 활용해서 결정하는 것이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 제1 목표인 인두낭 발달을 조절하는 fgf 및 하위 유전자를 동정하기 위해서 선행연구에서 발견된 fgf3, fgf4, fgf17, fgf24의 기능상실 돌연변이 물고기를 확보 또는 CRISPR/Cas9 유전자 편집기술을 이용해서 제작하였다. 이들 돌연변이에서 인두낭 결핍과 머리얼굴뼈 손상을 분석한 결과, 본 연구팀은 fgf3, fgf4, fgf17 유전자들이 인두낭 발달에 유전적으로 관여되어 있음을 규명하였다. 하지만 아직까지 fgf24가 인두낭 발달을 조절할 수 있다는 유전적 증거를 확보하지는 못했다. 또한, 선행연구에서 인두낭 발달에 관여하는 Tbx1, Wnt 신호, Fgf8a 등과 새롭게 동정된 fgf 유전자들 간의 상호작용을 상위유전자분석 (epistatic analysis)을 수행하여 인두낭 발달을 조절하는 Fgf 유전자 조절 네트워크를 규명하였다. 또한, 인두낭 발달과정 중 Fgf8a의 하위 유전자로써 foxi1, cxcl12a, cxcl12b를 동정하였으며, Fgf10a의 하위 유전자로써 nrp2b를 새롭게 동정하였다. 본 연구의 제2 목표인 새롭게 동정된 인두낭 발달과정에 관여하는 fgf 유전자들의 세포수준에서의 기능을 규명하기 위해서, fgf3 기능상실 돌연변이와 fgf17 기능상실 돌연변이에서 인두낭 형성과정을 단일세포 해상도의 time-lapse image로 제작하여 분석하였으며 이들 유전자들의 기능획득 분석을 병행하였다. 이를 바탕으로 인두낭 형성과정에서 Fgf3의 기능은 인두낭 발달 초기 인두내배엽의 불안정화를 촉진시키는 것을 규명하였으며, Fgf10a의 기능은 인두낭 세포들의 집단이동과정에서 지향성을 조절하는 것을 규명하였다. 또한, 인두낭 발달과정에서 인두낭 발달 후기 인두낭 세포들의 재배열을 조절하는 Fgf8a의 새로운 기능을 발견하였으며 이것을 조절하는 Fgf8a-Foxi1-Wnt4a 유전기전을 확정하였다. 본 연구의 제3 목표는 인두낭 형성과정에서 인두낭 세포들의 집단이동을 상반되게 조절하는 발생기전을 규명하는 것이다. 이를 위해서 fgf8a와 fgf10a 유전자들을 대상으로, 배아발생 과정동안 이들 유전자의 시공간적 발현부위를 교환하고 교환된 Fgf 유전자에 의해서 다른 fgf 유전자의 기능상실 돌연변이 인두낭 표현형이 복귀되는지 여부를 분석하였다. 본 연구에서는 fgf10a 기능상실 돌연변이에서 Fgf10a가 발현되는 시공간에 Fgf8a를 대신 발현시킨 후 fgf10a 돌연변이에서 관찰되었던 인두낭 결손의 복구여부를 CB 연골 분석을 통해서 관찰하였다. 그 결과 fgf10a 돌연변이 표현형은 복구대신 더욱더 심하게 손상되었다. 이 결과는 인두낭 발달과정 중 Fgf8a와 Fgf10a의 상반된 기능의 차이는 이들 단백질들이 지닌 생 화학적 기능의 차이 때문임을 강력하게 시사하고 있다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구결과의 학문적 사회적 산업적으로 가치를 창출하고 있다. 우선 학문적으로는 폐, 간, 췌장과 같은 내배엽 기관의 형성과정을 in vivo에서 연구할 수 있는 모델 시스템을 확립하였다. 본 연구에서 단일세포 해상도의 time-lapse image 분석과 기능상실 돌연변이 분석, 그리고 기능획득 분석 방법을 결합하여 인두낭 형태발생을 in vivo에서 규명함으로써 다른 내배엽 기관의 발달과정을 비슷한 방법론을 활용해서 연구할 수 있는 새로운 방법론을 제시하였다. 발생과정에서 Fgf 신호의 작용기전 규명을 규명하였다. Fgf 신호는 배아발생 전과정에 걸쳐서 중요한 역할을 하지만 각각의 배아발생 과정 단계를 조절하는 Fgf 신호의 작용기전에 관한 우리의 이해는 매우 제한적이였다. 본 연구에서 fgf 유전자의 시공간적 발현 부위를 교환한 후 이것에 의해서 다른 fgf 유전자의 기능이 대체여부를 분석함으로써 본 연구에서 Fgf 신호의 발생기전에 관한 우리의 이해를 향상시켰다. 사회적 산업적으로는 본 연구에서 인두낭 형태발생을 조절하는 Fgf 신호의 기능을 규명함으로써 인두낭 결핍으로 인한 머리얼굴 기형을 치료하는데 필수적인 요구되는 결핍된 인두낭을 교정할 수 있는 핵심 지식을 제공하였다. 이 지식은 향후 디 죠지 증후군과 같이 인두낭 결핍으로 발병된 질병의 치료법 개발 분야에서 핵심 원천 지식으로 활용될 수 있을 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구개발의 필요성 ... 4
• 나. 연구개발의 가설 및 최종목표 ... 7
• 다. 연구범위 ... 8
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 9
• 가. 1차년도 연구수행 내용 및 연구결과 ... 9
• 나. 2차년도 연구수행 내용 및 연구결과 ... 11
• 다. 3차년도 연구수행 내용 및 연구결과 ... 16
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 가. 내배엽 기관 형성과정을 in vivo에서 연구할 수 있는 모델 시스템의 확립 ... 17
• 나. 발생과정에서 Fgf 신호의 작용기전 규명 ... 17
• 다. 디 죠지 증후군 질병 기전을 이해할 수 있는 기반 구축 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 21
• 대표적 연구실적 ... 23
• 끝페이지 ... 26