자생척추관절연구소(소장 하인혁) 연구팀이 동물모델을 활용하여 퇴행성 허리디스크의 원인을 *후성유전학에서 찾고 유전자 발현 변화를 입증했습니다. 이는 퇴행성 허리디스크가 유전보다 후천적 노화와 밀접한 연관이 있음을 밝혀낸 것으로, 해당 연구 논문은 SCI(E)급 저널 ‘셀즈(Cells, IF=7.666)’에 게재되었습니다.

* 후성유전학이란?
생활환경에 의해 유전자의 후천적 변화가 가능하다고 보는 학설로, 퇴행성 질환의 주요 위험인자인 노화를 설명하는 대표적인 이론입니다.

■ 자생척추관절연구소, 퇴행성 허리디스크로 인한 통증과 후성유전학적 변화의 연관성 입증

먼저 연구팀은 퇴행성 허리디스크 동물모델 제작을 위해 쥐의 복부를 절개한 뒤 디스크(추간판)에 구멍을 내 수핵을 제거했습니다. 그리고 4주 후, 후성유전학적 변화와 통증 조절 기전의 관계를 파악하기 위해 디스크의 구성요소인 수핵과 그 주위를 둘러싼 두꺼운 막인 섬유륜의 변화를 관찰했습니다.

관찰은 DNA 구성성분인 ‘5mC’와 통증수용체 ‘TRPV1’을 각각 초록색과 빨간색으로 형광 염색해 이뤄졌습니다. ‘5mC’는 후성유전학적 변화가 이뤄졌음을 판별하는 대표적인 지표이며 ‘TRPV1’은 신체가 통증을 느끼도록 하는 단백질입니다.

디스크 조직 분석을 진행한 결과, 퇴행성 허리디스크 모델의 섬유륜 부위에서 ‘5mC’와 ‘TRPV1’ 발현이 두드러지게 나타났습니다. 특히 빨간색과 초록색이 결합돼 노란색으로 이중 염색된 세포가 다수 발견돼 퇴행성 허리디스크로 인한 통증과 후성유전학적 변화의 연관성이 확인됐습니다. 이는 퇴행성 허리디스크로 인해 통증이 만성화되는 과정에 후성유전학적 관여가 발생한다는 것이 입증된 것입니다.

■ 후성유전학의 대표기전 ‘DNA 메틸화’ 촉진에 가장 크게 관여하는 효소 밝혀

이어 연구팀은 후성유전학의 대표 기전인 ‘DNA 메틸화(DNA Methylation)’를 촉진하는 효소에 대한 연구도 진행했습니다. DNA 메틸화는 세포가 수많은 유전자 중에 어떤 유전자를 발현시킬지 조절하는 방법을 말합니다. 환경 조건에 따라 그 유형과 빈도가 달라지며 DNA 메틸화가 진행될수록 노화에 따른 질환 발생 가능성이 높아집니다. DNA 메틸화를 촉진하는 효소로는 ‘DNMT1’과 ‘DNMT3a’, ‘DNMT3b’ 총 3종류가 있으며 연구팀은 각 효소를 염색해 관찰을 진행했습니다.

그 결과, 퇴행성 허리디스크 모델의 수핵 및 섬유륜 영역에서 ‘DNMT3b’가 가장 강하게 발현된 것으로 밝혀졌습니다. 이에 대해 연구팀은 ‘5mC’를 발현하는 대부분의 세포가 ‘DNMT3b’를 발현한다고 볼 수 있으며 이는 퇴행이 진행된 디스크의 DNA 메틸화에 ‘DNMT3b’ 효소가 가장 크게 관여함을 의미한다고 해석했습니다.

이번 논문은 퇴행성 허리디스크와 관련된 후성유전학적 변화 및 통증 조절의 상관관계를 다룬 최초의 논문이라는 데 의의가 있습니다. 퇴행성 허리디스크뿐만 아니라 척추관협착증, 척추전방전위증 등 퇴행성 척추질환에 대한 향후 치료법 및 신약 연구에 중요한 열쇠가 될 것으로 기대됩니다.

앞으로 자생척추관절연구소는 본 실험 결과를 통해 파악한 특정 항체와 효소를 표적으로 새로운 치료법과 치료 후보물질을 연구해 나갈 예정입니다.