지적장애 환자에서 전장유전체분석으로 발견된 TFB2M 유전자 변이의 기능 연구

Abstract

지적장애는 지적기능과 적응행동의 현저한 제한으로 특징 지어지며18세 이전에 시작되는 장애로 정의된다. 지적장애의 유병률은 약 1%로 추정되며 소아에서 가장 흔한 장애이다. 지적장애의 원인 유전자가 많이 밝혀져 있으나, 아직 유전형-표현형이 명확히 밝혀진 것이 많지 않다. 인종에 따라 지적장애의 원인 유전자 및 그 빈도가 다를 수 있기 때문에 우리나라 환자를 대상으로 질환 원인 유전자 발굴 및 기능 연구가 필요하다.

선행연구에서 중도의 지적장애 가계에 대하여 최근 도입되고 있는 NGS(Next generation sequencer)를 이용한 전장엑솜염기서열분석(whole-exome DNA sequencing)을 통해 중도의 지적장애 환자에서 TFB2M c.790C>T (His264Tyr) homozygous variation을 발견하였다. TFB2M 유전자 (Transcription Factor B2, Mitochondrial)는 염색체 1q44에 위치하고 8개의 엑손으로 구성 되어있으며 25,759개의 염기를 갖는 유전자이다. 이 유전자는 295개의 아미노산으로 구성된 TFB2M단백질을 암호화 한다. TFB2M은 모든 세포에서 발현하는 단백질로서 미토콘드리아 유전자의 전사와 복제에 필수적이다. 미토콘드리아의 기능 이상으로 인한 신경세포 및 관련세포의 산화 스트레스 증가 등이 지적장애의 주요 원인으로 잘 알려져 있다. 따라서, 본 지적장애 환자에서 발견된 TFB2M c.790C>T변이가 미토콘드리아 활성과 기능에 어떤 영향을 미치는지에 대해 연구의 초점을 맞추었다.

지적장애 환자 및 환자 아버지의 피부조직에서 섬유아세포(fibroblast)를 초대 배양(primary culture)하여 in vitro 기능 연구의 재료로 사용하였다. 이들 세포에서 TFB2M 유전자의 발현량을 비교•분석하였다. 환자와 환자 아버지 세포에서TFB2M mRNA와 TFB2M 단백질의 발현량의 유의한 차이가 없었다. TFB2M 유전자 변이가 미토콘드리아 유래의 전자전달계 관련 효소 유전자들의 전사에 미치는 영향을 조사한 결과, 아버지의 세포에 비해 환자 세포에서 이들 유전자의 발현량이 현저하게 증가되어 있었다. 또한, 아버지 세포에 비해 아들 세포에서 산소 소모량(O2 consumption), ATP 생성량, ROS(reactive oxygen species) 생성량, 미토콘드리아 막전위가 모두 유의하게 더 높았다. 미토콘드리아 형태를 비교한 결과, 아들 세포의 미토콘드리아가 더 길고 움직임도 더 좋았다. 이러한 결과는, TFB2M c.790C>T 이형접합변이를 가진 아버지에 비하여 TFB2M c.790C>T 동형접합변이를 가진 아들 세포의 미토콘드리아 활성이 더 높다는 것을 시사한다. 환자와 아버지와 비슷한 연령의 2종의 정상인 primary fibroblast세포를 이용한 대조 실험결과 연령에 따른 미토콘드리아 활성의 차이는 없음을 확인하였다.

TFB2M 유전형과 미토콘드리아 활성 관련 표현형의 상관관계를 명확하게 하기 위하여, TFB2M 야생형(wild type)과 TFB2M c.790C>T 변이를 정상 섬유아세포에 과발현 시켰다. 그 결과 와 TFB2M c.790C>T변이 과발현 세포가 TFB2M야생형 과발현 세포에 비해 ATP 생성량, ROS생성량, 미토콘드리아 막전위, 산소 소모율이 모두 더 높았다.

이러한 결과는, TFB2M c.790C>T(His264Tyr)변이가 미토콘드리아의 활성을 증진 시키고 이로 인한 과잉 활성산소 발생이 지적장애의 원인이 되었을 가능성을 시사한다.