본 연구는 plectin이 IGF-I에 의해 발현이 증가되고, IGF-I은 MACF1 유전자의 발현을 증가시킴을 확인하여, 주로 근육 관련 전사인자들의 발현을 증가시킴으로써 근부피 증가 등의 다양한 동화작용을 하는 것으로 알려져 있던 IGF-I이 근육 세포 골격의 구조를 지지하는 plakin family인 plectin과 MACF1의 안정화에도 영향을 미친다는 사실을 증명하여 IGF-I이 근섬유와 근육 관련 유전자 발현에 영향을 미칠뿐만 아니라, 세포 골격 연결 단백질에도 영향을 미친다는 사실을 처음으로 밝혔다는데 그 의의를 둔다.
<h1>고 찰</h1> <p>포유류 세포 골격의 구성 요소인 액틴, 중간필라멘트, 미세소관 섬유는 기본적으로 세포의 모양을 유지 시키는 물리적 기능을 수행할 뿐만 아니라, 세포의 이동과 유사분열을 조절하는 증식의 기능과 더불어 세포 생존에 필요한 물질을 세포내로 들여오고, 사용된 물질을 세포 밖으로 배출하는 물질 수송 역할 등의 화학적 기능 및 신호전달 기능에 있어서도 필수적인 요소이다. 따라서 신체 각 조직을 구성하는 다양한 세포들이 세포 골격을 정상적으로 유지하는 것은 신체의 생리적 항상성 유지에 기본이 된다. 만약, 세포 골격의 손실 또는 비정상적 결합이 일어날 경우 세포는 변형된 발달과정을 거치고 비 정상적인 세포 주기를 겪게 되어 심각한 유전적 결함이 일어나며, 그에 따른 각종 유전 질환 및 암(cancer)과 같은 질병이 발생된다고 보고되어있다. 수축과 이완이 크고 작게 반복적으로 일어나는 골격근에 있어 근육 세포 골격의 안정화는 다른 어떤 조직에서보다 중요하다고 할 수 있다. 따라서 운동에 의해 골격근에서 발생하는 수축과 이완의 메커니즘을 이해하는데 있어 세포 골격의 주를 이루는 액틴, 마이오신과 같은 주요 섬유들에 관련한 연구는 많이 이루어져 있지만, 근육 세포 내에서 이들을 서로를 연결시켜 원활한 화학적 신호 전달 및 움직임을 가능하게하는 연결 단백질을 포함한 다른 부수적인 구성 요소들에 대한 연구는 많이 이루어지지 않고 있다.</p> <p>그럼에도 불구하고 근육에서 integrin과 desmin에 관한 연구는 비교적 많이 이루어져 있고 이들의 근육에서의 역할이 강조되고 있는데, integrin은 막단백질(transmembrane) 중 하나로 주로 액틴과의 결합을 통해 세포 외부의 신호를 세포내부로 전달하고, integrin의 구조를 변화시키는 방법으로 세포-세포, 세포-기질간의 부착능력을 조절시킨다. 최근 Liu 등에 따르면, \(\beta\)1-integrin이 쥐의 골격근 세포의 분화과정을 매개하며, myogenin, myosin heavy chain 유전자의 발현을 조절시킨다고 보고하였으며, Wang 등에 따르면 integrin 활성화 효소의 감소는 근건접합부(myotendinous junction)의 구조 손실을 가져와 근육 소실(muscular dystrophy) 을 일으킨다고 보고하였다. 또한 근건접합부, 심장 근육 등에 풍부하게 존재하며 세포 골격과 Z선을 연결하는데 도움을 주는 desmin이 결핍된 근육 조직에서 심각한 근육 괴사 현상이 일어났음을 보고하면서 근육 구조의 안정화에 있어 이러한 연결 단백질의 중요성을 주장하였다. 이러한 앞선 연구 결과들을 바탕으로 본 연구에서는 골격근 항상성 및 근부피 유지 및 증대에 있어 중심적인 역할을 하는 IGF-I이 세포 골격 연결 단백질인 plakin family 중 골격근과 관련된 plectin과 MACF1 유전자 발현에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 하였다.</p> <p>첫째로, 본 연구에서는 plectin이 근섬유에서 강력한 동화작용 효과를 가지는 것으로 알려진 IGF-I에 의해 발현이 증가 되었음을 밝혔다. 지금까지 plectin과 MACF1유전자와 관련된 선행 연구들은 대부분 이들 유전자가 결핍된 실험 동물 모델을 대상으로 유전자의 역할을 규명하고, 관련되어 발생되는 질병 및 근육에서의 현상을 관찰하는데 집중되어 있었다. 그 결과 plectin의 결핍은 desmin 발현의 감소를 야기 시키며, 그에 따라 액틴과 Z 선의 분리, 그리고 Z선과 중간 필라멘트의 분리 현상을 순차적으로 발생 시켜 결과적으로 심각한 근육소실을 야기한다고 보고하였다. 또한 사람에 있어 자가면역 질환이나 유전적 요인의 근육 소실증에 있어서도 plectin과의 연관성이 보고되어있다. 그러나 이러한 중요성에도 불구하고 지금까지 plectin 유전자의 발현을 조절하는 조절자에 관한 연구는 이루어지지 않았었기 때문에 본 연구에서의 IGF-I에 의한 plectin 유전자의 발현 규명은 중요한 의의를 갖는다 하겠다.</p> <p>두번째로, 본 연구에서는 IGF-I이 MACF1 유전자의 발현을 증가시켰음을 확인하였다. MACF1은 본래 주로 골지체의 구조적 안정성에 중심적인 역할을 하는 단백질로 주로 연구가 되어있었지만, 신경계로부터 신경전달 물질을 전달하여 골격근 수축의 시발점이 되는 근신경접합부(neuromuscular junction)에서 시냅스 후(postsynaptic) 말단으로부터 근초로의 신경 전달을 매개하는 anchoring acetylcholine receptor (AChR)를 근섬유와 간접적으로 연결하는 역할을 한다고도 알려져있다. MACF1 도 plectin과 마찬가지로 mutant 모델에서의 연구가 주로 진행되었는데, 초파리에서 MACF1 (kakpo/shortstop)의 결핍은 근신경접합부의 비정상적인 변형과 날개 형태의 기형을 초래하였다고 보고되어있다. 비록 사람에서 MACF1 결핍에 의한 질병 발생은 보고되고 있지 않지만, 근신경계에 있어 중요한 역할을 수행하는 유전자임이 잘 밝혀져 있다. 지금까지 MACF1의 역할 및 관련 현상에 대해 고찰한 선행 연구들과 달리 본 연구에서는, 골격근 세포에서 IGF-I에 의해 MACF1의 유전자 발현이 증가하였음을 확인하였다.</p> <p>결론적으로, 본 연구에서는 주로 근육 관련 전사인자들의 발현을 증가시킴으로써 근부피 증가 등의 다양한 동화작용을 하는 것으로 알려져 있는 IGF-I이 근육 세포 골격의 구조를 지지하는 plakin family인 plectin과 MACF1의 안정화에도 영향을 미친다는 사실을 증명하였다. 골격근의 생리적 기전에 있어 세포 골격을 연결하는 연결 단백질의 역할이 반드시 필요한 요소임에도 불구하고, 이에 관련한 연구들이 부족하며, 특히 운동과 관련한 연구들은 더 더욱 전무한 실정이다. 따라서 IGF-I이 근섬유와 근육 관련 유전자 발현에 영향을 미칠뿐만 아니라, 세포 골격 연결 단백질에도 영향을 미친다는 사실을 처음으로 밝혔다는 데서 그 의의가 있다고 하겠다. 본 연구를 바탕으로 이들 유전자의 발현이 향후 운동 유형에 따라, 근섬유 형태의 차이에 따라 어떻게 조절되는지, 다른 부수적 세포 골격 단백질들이 어떠한 상호작용을 통해 근수축 기전을 조절하는지에 대한 연구가 수행된다면, 운동이 골격근 구조 및 근섬유 형태를 변화시키는 메커니즘에 대한 추가적인 정보를 제공할 수 있을 것이다.</p>