The molecular mechanisms of hearing loss in tubby mice

Abstract

Tubby 마우스는 비만, 망막 퇴화, 청력 손실과 같은 세 가지 표현형을 나타내는 자연발생적으로 생겨난 돌연변이 마우스이다. Tub 유전자의 splice site 에 생긴 point mutation 에 의해 Tub 단백질의 C-terminal 부분의 44개 아미노산이 intron 에 의해 코딩 된 전혀 다른 24개의 아미노산으로 치환되면서 Tub 단백질은 기능을 완전히 상실하게 된다. Tub 단백질은 nuclear localization sequence, DNA binding domain, 그리고 in vitro 전사 활성과 같은 특징들로 인해 전사 조절자로서 작용할 가능성이 오랫동안 제기되어 왔다. 하지만 Tub 단백질이 실제로 생체내에서 어떠한 특정 유전자의 발현을 조절 하는지, 그리고 tubby 마우스 표현형의 분자적 기전이 무엇인지에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서 나는 tubby 마우스에서 나타나는 청력 손실의 분자적 기전에 대해 조사했다. 청력 측정 결과와 전자현미경 분석 결과는 tubby 마우스의 청력 손실이 달팽이관 외유모세포 (outer hair cell) 의 기능 이상으로부터 유래한다는 것을 보여주었다. 면역염색 결과 Tub 단백질은 달팽이관 외유모세포의 섬모 (hair bundle) 상에 존재한다는 사실을 발견했다. 게다가 Tub 단백질이 달팽이관의 외유모세포 상에서 섬모 연결 고리 (stereociliary link), 특히 horizontal top connector, 의 형성에 필수적이라는 사실도 발견했다. Stereocilin 또한 horizontal top connector 의 형성에 중요하다고 알려져 있는 단백질이다. Stereocilin 은 달팽이관의 외유모세포에 특이적으로 발현하며, 외유모세포의 섬모 상에 위치하고 있다. 특히 나는 tubby 마우스의 외유모세포 섬모 상에서 stereocilin 이 사라진 것을 발견했다. 이것은 외유모세포의 섬모상에 있는 Tub 단백질이 stereocilin 을 통한 horizontal top connector 의 형성에 필수적이라는 사실을 암시한다. 이상의 결과들은, 적어도 tubby 마우스의 청력손실 표현형에 있어서 만큼은, Tub 단백질이 이전 연구에서 제시되었던 바와 같이 전사조절자가 아니라, 달팽이관 외유모세포의 섬모 연결 고리를 형성하는데 직접적인 역할을 한다는 사실을 암시한다. 또한 본 연구의 결과들은 tubby 마우스의 청력 손실이 이전 연구에서 제시되었던 달팽이관 신경 접합부의 (synapse) 기능 보다는 달팽이관 감각 유모 세포의 기능 장애 때문이라는 사실을 암시한다.