예로부터 전해오는 이야기 중 과거 ‘폭군’의 수식어를 얻은 왕들은 대부분 치통(齒痛)을 겪었다는 말이 있다. 그만큼 다른 통증에 비해 치통이 주는 고통이 매우 극심하다는 것을 알 수 있다. 최근에는 의료기술이 발달하면서 다양한 방법으로 치주질환 등을 치료하고 있지만, 대부분의 성인에서 발병하고 있는 만성질환인 치주질환의 근본적 치료가 진행되지 못하고 있다는 점에서 아직까지 가야 할 길은 매우 멀다고 할 수 있다.
특히 40대 이상의 장·노년층의 경우 80~90%가 치주질환을 앓고 있다. 하지만 근본적인 치료법은 아직 전해지지 않고 있어, 손상된 치주조직을 치유하고 재생하기 위한 치료적 접근이 제한된 것이 현실이다.
이런 가운데 국내 연구진이 치주질환을 근본적으로 치료할 수 있는 가능성을 열어 눈길을 끌고 있다. 조의식 전북대 교수 연구팀이 치아뿌리를 생성하는 특수세포를 발견, 이를 조절하는 단백질을 알아낸 것이다. 그간 국내 치의학계가 고심하던 치아뿌리 생성과정에 대한 베일을 벗긴 조의식 교수로부터 해당 연구에 대해 직접 들었다.


베타카테닌 역할 밝혀

상아질은 화학적 구성이 뼈와 비슷하지만 그것을 형성하는 세포나 기질단백질의 구성 등에서 뼈와 다른 특징을 가지고 있어, 엄연히 뼈와는 다른 조직이라고 볼 수 있다. 때문에 뼈를 만드는 세포의 분화과정이 잘 알려져 있지만, 이를 상아질을 만드는 상아모세포의 분화과정에 대입할 수 없었다.
조의식 교수 연구팀은 상아질을 형성하는 상아모세포의 분화를 유도하는 인자들을 찾아내고 각각 인자들의 생체 내 기능과 조절기전을 밝히는 연구를 진행하고 있다. 이를 위해 연구팀은 상아모세포에서 특이적으로 유전자가 제거되는 조직특이적 유전자적중 생쥐를 제작·분석 중이다. 일반적인 유전자적중 생쥐(knockout mouse)는 개체 내 모든 세포에서 표적이 되는 유전자를 제거하는 데 반해, 조직특이적 유전자적중 생쥐(tissue-specific conditional knockout mouse)는 특정시기의 특정세포에서만 표적 유전자가 제거되는 경우를 일컫는다.
“우리 연구팀이 상아모세포 분화조절인자에 관심을 가지게 된 것은 ‘베타카테닌’이라는 단백질로, 베타카테닌은 세포증식과 분화를 조절하는 데 있어 중요한 역할을 수행하는 것으로 알려져 있다. 유전자적중 생쥐 제작에 앞서 실시했던 베타카테닌의 발현양상에 대한 연구결과, 분화 중인 상아모세포에서 해당 단백질이 특이적으로 발현되는 것을 확인하고 상아모세포의 분화조절과정에서도 중요한 역할을 수행한다는 것을 알 수 있었다. 따라서 상아모세포의 분화과정에서 베타카테닌의 기능을 알아보고자 특이적으로 베타카테닌 유전자가 제거되는 생쥐를 제작해 분석에 들어갔다.”
조직특이적 유전자적중 생쥐를 통해 실험을 진행한 결과 연구팀은 정상생쥐와 달리 베타카테닌 단백질이 만들어지지 않은 생쥐에게서는 치아뿌리가 형성되지 않음을 발견했다. 보통 치아뿌리는 치아머리가 형성된 다음 만들어지는데, 이 과정에서 베타카테닌이라는 단백질의 역할이 매우 결정적임을 발견한 것이다.
 
즉, 베타카테닌이 없으면 치아뿌리를 형성하는 상아모세포가 분화되지 못해 치아뿌리를 만들지 못하게 된다는 것을 확인했다. 베타카테닌 신호를 받지 못하면 상아모세포가 제대로 분화되지 않은 상태로 증식해 치수(pulp)로 옮겨가게 돼 상아질을 만들지 못하는 것이다. 여기서 치수(pulp)란 치아의 내부를 채우고 있는 부드러운 결합조직으로 신경과 혈관에 분포하고 있다.


“치아뿌리 형성과정 이해의 시작단계”




“뼈세포와 달리 상아모세포를 생체에서 분리하는 것이 구조적으로 어렵고, 분리했다고 하더라도 배양과정에서 생체 내에서와 같은 환경을 제공하는 것이 불가능하다. 현재까지 세포를 이용한 생체 외 연구를 통해 상아모세포의 분화에 관여할 것으로 추정되는 후보인자들이 보고되기도 했지만 생체 내에서의 기능에 대해서는 확실하게 밝혀져 있지 않다.”
최근에는 이와 같은 한계를 극복하기 위해 조직특이적 유전자적중 생쥐를 제작해 분석함으로써 상아모세포의 분화를 조절하는 인자들을 규명하고 조절기전을 확보하기 위한 연구들이 미국을 중심으로 활발하게 진행되고 있다. 때문에 조의식 교수팀의 이번 연구결과가 갖는 의미는 매우 크다고 할 수 있다.
조의식 교수가 이번 연구를 진행하게 된 계기는 한 번 손상된 치아 및 치주조직의 재생이 어렵다는 점에 대한 고민에 있었다. 그동안 치아 및 치주조직은 재생이 어렵기 때문에 손상되거나 상실된 경우 생물학적 치유나 재생보다 기능적 치료 중심으로 의료기술이 발달돼 왔는데, 더욱 근본적인 치료의 필요성이 계속 제기된 것이다.
“유전체의 해독과 함께 줄기세포의 활용이 가능하게 되면서 치아 및 치주조직의 생물학적 재생 및 바이오치아의 활용이 국내외로 많은 관심의 대상이 되고 있다. 현재까지 국내외 연구는 초기 치아발생에 관한 연구들이 대부분이었고 실제 치아를 생성하는 세포의 분화와 기질형성 과정에 대해서는 잘 밝혀지고 있지 않다. 우리 연구팀은 실제 치아를 생성하는 세포의 분화조절기전에 대한 이해가 보다 임상적 활용 가능성이 높을 것으로 판단, 치아 및 치주조직의 형성을 조절하는 과정에 대한 연구를 수행했다.”
조의식 교수는 이번 연구에 대해 “상아모세포의 분화조절기전과 치아뿌리의 형성과정을 이해하기 위한 시작단계”라고 이야기했다. 그동안 많은 국내외 연구자들이 궁금해 하던 현상에 실마리를 제시한 만큼 향후 치아뿌리뿐 아니라 치아머리의 상아질을 형성하는 상아모세포의 분화과정에 대한 이해와 치아뿌리의 형태 형성, 그리고 치주조직의 분화과정에 대한 연구를 촉진하는 계기가 될 것으로 기대한다는 것이다.
오랜 시간을 인내하고 연구를 진행한 결과 의학 분야의 권위지인 ‘국제치과연구학회지(J Dent Res)’ 최신호(1월 23일자) 온라인판에 게재되는 등 좋은 성과를 얻었지만, 그 과정이 결코 순탄했던 것은 아니다. 무엇보다 연구인력과 연구비 등 현실적인 연구여건을 만들어가는 게 힘들었다.
조 교수는 “연구과정이 많이 힘들었지만 함께 묵묵히 연구를 진행해 준 대학원생들과 동료 연구원들이 있었기에 이번 성과를 얻을 수 있었다”며 함께 연구에 참여하거나 혹은 지지해준 동료들에게 감사의 뜻을 전했다.
앞으로 조의식 교수의 연구결과는 치아와 치주조직의 재생을 실현하는 데에 핵심적인 부분으로 기여할 수 있을 것으로 보인다. 국민 대부분이 앓고 있는 치주질환의 치유와 재생방안을 마련하는 데 기여할 뿐 아니라 상실되거나 손상된 치아 및 치주조직에 대한 새로운 치료법을 개발하는 데 일조할 수 있는 것이다.
앞으로 지속적인 연구활동을 통해 치료가 임상적으로 활용될 수 있도록 노력하겠다는 조의식 교수팀의 연구활동을 기대해 본다.