초록 ▼

□ 연구개요
현재까지 골형성 과정에서 미토콘드리아의 역할을 직접적으로 보여준 것은 없으며, 골기질에서 미토콘드리아 성분이 다량으로 검출되기 때문에 골형성 과정에서 세포소기관인 미토콘드리아가 세포 밖으로 운반되었을 것이라는 막연한 추측만이 있었다. 본 연구에서는 조골세포에서 미토콘드리아와 미토콘드리아 유래 소포체가 분비되어 골전구세포가 조골세포로 분화되는 것을 촉진하고, 골형성 과정에서 미토콘드리아의 형태가 도넛 모양으로 변화한 후 작게 분열하여 세포 밖으로 분비되기 좋은 형태를 띄게 되며, CD38/cADPR 신호를 통해 세포

□ 연구개요
현재까지 골형성 과정에서 미토콘드리아의 역할을 직접적으로 보여준 것은 없으며, 골기질에서 미토콘드리아 성분이 다량으로 검출되기 때문에 골형성 과정에서 세포소기관인 미토콘드리아가 세포 밖으로 운반되었을 것이라는 막연한 추측만이 있었다. 본 연구에서는 조골세포에서 미토콘드리아와 미토콘드리아 유래 소포체가 분비되어 골전구세포가 조골세포로 분화되는 것을 촉진하고, 골형성 과정에서 미토콘드리아의 형태가 도넛 모양으로 변화한 후 작게 분열하여 세포 밖으로 분비되기 좋은 형태를 띄게 되며, CD38/cADPR 신호를 통해 세포 밖으로 분비된다는 것을 밝혔다. 또한 미토콘드리아 형태변화를 유도하는 유전자의 발현조절, 즉 Opa1 발현저하 혹은 Fis1 과발현으로 미토콘드리아 도넛모양 형성 및 분열을 증가시키면, 미토콘드리아 분비가 증가되면서 골형성이 촉진되었다. 추가적으로 Opa1 발현을 유도하는 미토콘드리아 융합 촉진제인 M1을 마우스에 주사하면 골형성이 억제되는 반면, 조골세포 특이적으로 Opa1 유전자가 제거된 유전자변형 마우스에서는 뼈 질량이 증가되는 것을 관찰하였다. 마지막으로 조골세포에서 분비된 미토콘드리아와 미토콘드리아 유래 소포체를 수집하여 마우스의 골 결손 부위에 이식하면 골재생이 향상된다는 것을 입증하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구과제의 최종목표는 골형성 과정에서 미토콘드리아의 새로운 역할을 규명하는 것으로 골기질에 풍부한 미토콘드리아 성분의 축적과정을 분석하기위해 다양한 조건부 유전자조작 마우스를 제작하여 골형성 과정에서 미토콘드리아의 역할을 in vitro 및 in vivo로 분석하고, 골형성의 세포분자생물학적 기전을 밝히고자하였다.
연구진행결과, 조골세포가 골형성을 위해 분화될 때 조골세포 내 미토콘드리아가 세포 밖으로 분비되기 좋은 형태로 분열된다는 것, 분비된 미토콘드리아는 골전구세포가 조골세포로 분화하는 것을 촉진시킨다는 것, 분비되지 않고 세포 안에 남아있는 미토콘드리아는 마이토파지(Mitophagy)를 통해 다시 세포 밖으로 분비된다는 것 등을 포함한 골형성 과정에서 조골세포 분화 초기 단계부터 후기 단계까지 전 단계에서 미토콘드리아의 역할을 밝혀, 기존의 연구목표 이상의 연구결과를 도출할 수 있었다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
1. 미토콘드리아 기반의 신개념 골감소증 치료제 개발 : 본 연구과제에서 얻어진 연구결과에 기초하여, 미토콘드리아의 분비를 유도하는 물질 혹은 조골세포에서 추출된 미토콘드리아 혹은 미토콘드리아에서 유래된 소포체가 골질환의 예방 및 치료를 위한 골형성 촉진제로 개발될 수 있을 것으로 기대하고 있으며, 이와 관련하여 다수의 특허를 출원하여 기술이전을 준비 중에 있음
2. 후속연구를 통한 미토콘드리아의 새로운 기능에 대한 이해 확장 : 일반적으로 미토콘드리아는 세포에 필요한 에너지를 생산하는 기관으로 알려져 있지만, 본 연구에서는 이러한 기능 외에도 미토콘드리아가 자체적으로 소포체를 생성하고 이를 세포 밖으로 분비하여 주변세포의 분화를 촉진하는 새로운 생물학적 기전을 규명하였고, 이러한 미토콘드리아의 새로운 기능은 조골세포 이외의 다양한 세포에도 적용될 수 있을 것으로 추측되며, 관련하여 추가 연구를 진행하고 있음

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 본 연구과제의 최종연구목표 ... 4
• 나. 연구내용 ... 4
• 다. 연차별 연구 범위 ... 4
• 라. 선정당시 연구개발계획서 내용에서 변경된 주요 사항 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 가. 연구개발과제의 수행 과정 ... 5
• 나. 연구개발과제의 수행 내용 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 14
• 1) 학문 발전에 기여 ... 14
• 2) 경제·산업·사회적 파급효과 ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
• 6. 자체점검표 ... 15
• 7. 참고문헌 ... 16
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 33