청각손실과 단백질의 역할

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2010-01-04

귀를 먹은 제브라 피쉬 애벌레에 대한 연구 중 뜻밖의 흥미로운 발견을 통해서 청각과 균형에 대해 찾기 힘들었던 필수적인 단백질의 기능을 알아내는데 도움이 될 수 있게 되었다. 록펠러 대학 (Rockefeller University)의 제임스 허드스페스 (James Hudspeth)가 이끄는 연구팀은 청각장애는 음파를 뇌가 이해할 수 있는 전기자극으로 해석하는 경로의 문제로 인해 발생한다고 주장했다. 이번 연구논문의 제 1저자인 미셀 글리슨 (Michelle R Gleason)은 “이 제브라 피쉬 (zebra fish)의 애벌레는 원래 다른 연구를 위해서 연구대상으로 선정되었다. 하지만 이들의 ¼ 정도가 청각 자극에 대한 반으을 하지 못했으며 잘못된 나선형 운동을 하고 있었다. 그리고 이들은 태생적으로 청각장애를 가지고 있었다. 그래서 우리는 이러한 극단적인 청각장애의 원인이 무엇인가를 알아보기 위한 연구를 수행했다”고 말했다. 처음에 글리슨과 감각신경과학 실험실 (laboratory of sensory neuroscience)를 이끌고 있는 하워드 휴즈 연구소 (Howard Hughes Medical Institute)의 연구원인 허드스페스는 이 제브라 피쉬의 내부에서 청각을 담당하는 유모세포 (hair cells)가 위치한 곳에는 아무런 구조적인 결함을 발견하지 못했다. 이 유모세포는 그 높이에 따라 배열된 머리카락과 같은 형태의 부동섬유 (stereocilia)로 가장 높은 섬유를 향해서 배열되어 일련의 움직임에 따라 소리를 신경신호로 바꾸게 된다. 글리슨은 “이것은 명맥한 표현형으로 돌연변이의 귀내부의 모든 것이 정상적이었다”고 말했다. 하지만 무엇인가 확실하게 잘못되어 있었다. 비록 청각장애의 제브라 피쉬는 유모세포를 가지고 있음에도 불구하고 여러가지 측정으로 통해서 이 유모세포가 마치 없는 것처럼 기능하고 있었다. 정상적인 제브라 피쉬와 청각장애를 가지고 있는 제브라 피쉬의 유전체를 비교하여 이들 연구팀은 영향을 받은 DNA의 지도를 작성했으며 단백질 <Tmie>를 부호화하는 정확한 유전자를 찾아내었다. 이 유전자는 두 가지 돌연변이를 가지고 있어서 머리카락과 같은 감각기관의 기능에 영향을 주는 단백질이 훨씬 짧았으며 이로 인해 청각장애가 일어났다는 사실을 발견했다. 강력한 전자현미경 기술을 이용하여 글리슨과 동료들은 이전에 실험쥐를 이용한 연구에서 유모세포에서 일어나는 비정상성을 확인할 수 있었다. 청각장애 제브라 피쉬는 적은 숫자의 좀더 짧은 운동섬모 (kinocilia)를 갖고 있을 뿐 아니라 부동섬유가 감소되었다. 하지만 연구자들은 또한 부동섬유 끝은 정상적인 부동섬유보다 훨씬 얇다는 사실을 발견했으며 한 개의 부동섬유를 다른 부동섬유와 연결시키는 연결단백질이 없었다. 글리슨은 이번 발견을 통해서 <Tmie> 단백질은 이전에 생각한 것보다 소리의 전달에 좀더 큰 역할을 한다고 주장했다. 글리슨은 “초구조적인 수준에서 우리는 특히 이들 돌연변이는 형질도입 (transduction) 기제에서 특정 구성요소에서 일어난다는 사실을 보여주었다. 그리고 치료를 위한 분명한 표적을 갖게 되었기 때문에 매우 흥분된다”고 말했다. 그림설명: 제브라 피쉬의 두 가지 유모세포에 대한 전자현미경 사진으로 <Tmie> 단백질을 갖고 태어난 제브라 피쉬 (왼쪽)과 단백질이 없는 제브라 피쉬의 모습 출처: <Science Daily> 2010년 1월 2일 참고자료: Gleason et al. The transmembrane inner ear (Tmie) protein is essential for normal hearing and balance in the zebrafish. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2009; 106 (50): 21347 DOI:10.1073/pnas.0911632106 ear.jpg 출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2009/12/091231153045.htm