세포 골격은 세포의 움직임과 형태를 유지하고 세포내 물질 수송과 유사분열 등 생존에 필수적인 역할을 수행한다. 이때 세포 골격을 연결하는 부수적인 단백질 분자들은 세포의 특성을 유지하고 세포-세포 간 상호작용과 신호전달의 기능을 가지고 있다. 본 논문에서는 IGF-I이 골격근의 구조 안정화와 수축 기전에 대해 필수적인 역할을 수행하는 plectin과 MACF1 유전자 발현 조절에 대하여 어떤 영향을 미치는지 확인해 보았다.
<h1>서 론</h1> <p>세포 골격(cytoskeleton)은 세포내막과 핵외막 사이 세포질 기질에 뻗어 있는 형태로 존재하며 세포의 움직임과 형태 유지 및 세포내 물질 수송과 유사분열(mitosis) 등 생존에 필수적인 역할을 하고, 세포 외부로부터의 자극을 세포 내부로 전달하는 신호전달의 매개체로써 중요한 역할을 한다. 이러한 세포 골격은 액틴(actin)/마이오신(myosin), 미세소관(microtubule), 그리고 중간 필라멘트(intermediate filament)라는 세 가지 섬유 단백질로 구성되어 있다. 이 섬유들은 plakins라 불리우는 연결 단백질(linker protein)을 통해 세포내막과 연결되고, 세포 연접(cell junction) 및 세포외 기질 (extracellular matrix, ECM)에 결합하여 세포의 형태를 유지 하며, 세포 내 신호 전달 체계(intracellular signaling pathway)에 연결된다. 이렇듯 세포 골격을 연결하는 부수적인 단백질 분자들은 세포의 특성 유지 및 세포-세포간 상호작용과 신호전달 기능을 가능하게 해준다. 지금까지 7개의 Plakin family가 발견되었는데 desmoplakin, plectin, envoplakin, periplakin, epiplakin, microtubule actin cross-linking factor 1 (MACF1), 그리고 bullous pemphigoid antigen1 (BPAG1)이 속해있으며, 피부, 신경 및 근육세포를 포함한 다양한 조직들에서 세포골격 요소들과 부착구조의 안정성을 매개하는 능력을 가진다.</p> <p>Plectin은 포유류의 세포 및 조직에서 높게 발현되며 세포골격과의 교차결합(cross-linking)에 필수적인 요소로 알려진 연결 단백질 중 하나이다. Plectin은 골격근에서 근섬유를 둘러싸고 있는 근초(sarcolemma)의 내막으로부터 뻗어있는 중간 필라멘트와 근섬유의 Z선을 연결하는 desmin 단백질과 함께 복합체를 이루어 Z선 내에 위치하고 있으며, 액틴 섬유와도 연결되는 결합영역(binding domain)을 가지고 있어 다양한 세포골격 단백질들과의 연결 능력을 가지고 있다. Z선과 중간 필라멘트를 연결해주는 costamere 뿐만 아니라 골격근 세포의 미토콘드리아(mitochondria)와 핵 (nuclei)을 지지하는 세포 골격들과의 연결에도 중요한 역할을 한다. 또한 Plectin은 심장근육(cardiac muscle)의 세포들을 연결하여 심장의 기계, 전기적 활동을 조절하는 구조물인 사이원반(intercalated disc)에서도 desmin과 함께 중요한 지지대로써의 역할을 한다.</p> <p>MACF1은 actin cross-linking factor 7 (ACF7)이라고도 부르며, 다양한 조직들에서 미세소관 및 액틴과 연결된다. 이는 쥐 배아(embryo)의 신경계에서 높게 발현되며, 그 다음으로 골격근과 심근(myocardium)에서 높게 발현된다고 보고되어 있다. MACF1은 골지체(golgi complex)의 구조 안정성 및 유지에 중요한 역할을 하며, 상피세포(epithelial cell)와 그 아래 조직을 강하게 부착시키는 역할을 하는 반접착반 (hemidesmosome)과 피부, 손톱 등을 구성하는 케라틴 (keratin)을 포함한 중간 필라멘트를 연결하는 역할을 한다. 포유류뿐만 아니라 초파리(Drosophila melanogaster)와 예쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans)에서도 MACF1 과 상동성을 가지는 Kakapo/shortstop (shot)라는 유전자가 존재하는데, 이들 역시 근육 발생 및 구조적 안정성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.</p> <p>최근 골격근에 있어 IGF-I (insulin-like growth factor-I)이라는 성장 인자에 관한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. IGF-I은 인슐린과 화학적으로 유사한 구조를 가지고 있어 인슐린 유사 성장인자로도 불리며, 중, 고강도의 운동 시 약 10분 내에 체내 분비량이 약 \(10-30\%\) 증가하였다고 보고된 바 있다. 또한 IGF-I은 근육 세포의 증식(proliferation) 및 분화(differentiation)과정에 있어 중심적인 역할을 하며, 근육 관련 전사 인자(transcription factor)들의 발현을 증가시키고 근단백질의 합성을 증가시켜 골격근의 발달, 성장, 회복, 그리고 근부피 유지 및 증대에 필수적인 요소로 알려져 있다.</p> <p>이와 같이 골격근에서 IGF-I의 중요성을 주장하는 연구들이 상당히 많이 진행되어 왔으며, 근육조직 및 세포에서 IGF-I에 의한 근육관련 유전자 발현과 신호 전달 체계에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그러나 세포의 구조 안정화 및 골격근의 근수축 기전에 관여하는 세포 골격 단백질 및 연결 단백질들에 있어 IGF-I이 어떠한 영향을 미치는가에 관한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 IGF-I이 골격근 구조의 안정화 및 수축 기전에 필수적인 역할을 하는 plectin 과 MACF1 유전자 발현 조절에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 하였다.</p>