개선된 동물 모델을 통한 치주염의 세포 메커니즘 규명

도쿄 의과치과대학(TMDU)의 연구원들은 시간 경과에 따른 치주염의 진행을 자세히 분석할 수 있는 기술을 개발했습니다.

치주염으로 대표되는 치주 질환은 치아 손실의 주요 원인이며 전 세계 성인 5명 중 거의 1명에게 영향을 미칩니다. 대부분의 경우 이 상태는 치아 주변 조직의 세균 감염에 대한 염증 반응의 결과로 발생합니다.

상태가 악화됨에 따라 잇몸이 퇴축되기 시작하여 치아 뿌리와 뼈가 노출됩니다. 특히, 치주염 발병률은 연령이 높아질수록 증가하고, 전 세계적으로 인구의 평균 수명이 증가함에 따라 치주염의 근본 원인과 진행 과정을 확실하게 이해하는 것이 중요합니다.

Nature Communications에 발표된 연구에서 TMDU 연구자들은 치주염 연구에 널리 사용되는 동물 모델을 개선하여 이러한 목표를 달성할 수 있는 방법을 찾았습니다.

인간의 치주염에 대한 직접적인 연구는 어렵습니다. 결과적으로 과학자들은 종종 전임상 연구를 위해 동물 모델을 사용합니다. 예를 들어, 2012년 도입된 '쥐 결찰 유발 치주염 모델'을 통해 연구자들은 이 질환의 기초가 되는 세포 메커니즘을 연구할 수 있었습니다.

간단히 말하면, 이 모델에서는 생쥐의 어금니에 실크 봉합사를 삽입하여 인위적으로 치주 질환을 유발하고 이로 인해 치태가 축적됩니다. 이 방법은 편리하고 효과적이지만 치주염의 전체적인 모습을 포괄하지는 않습니다.

치주염 중 염증성 유전자 발현 프로파일과 급성 염증 조절에서 IL-33/ST2 축의 역할에 대한 도식적 그림. 출처: 도쿄 의과치과대학

"치주 조직은 치은, 치주 인대, 치조골 및 백악질로 구성되어 있지만 기술 및 정량적 한계로 인해 일반적으로 분석은 치은 샘플에서만 수행됩니다"라고 수석 연구 저자인 Anhao Liu는 말합니다. "이 샘플링 전략은 연구에서 도출할 수 있는 결론을 제한하므로 모든 조직 구성 요소를 동시에 분석할 수 있는 방법이 필요합니다."

이러한 한계를 해결하기 위해 연구팀은 결찰 유발 치주염의 수정된 모델을 개발했습니다. 전통적인 단일 결찰 대신 수컷 생쥐의 왼쪽 위 어금니에 삼중 결찰을 사용했습니다. 이 전략은 두 번째 대구 주변의 심각한 뼈 파괴 없이 뼈 손실 영역을 확장하여 다양한 유형의 치주 조직 수를 증가시켰습니다.

"우리는 세 가지 주요 조직 유형을 분리하고 두 모델 간의 RNA 수율을 평가했습니다. 결과는 삼중 결찰 모델이 수율을 효과적으로 증가시켜 정상 근위 조직 양의 4배를 달성하고 다양한 조직 유형의 고해상도 분석을 지원하는 것으로 나타났습니다. "라고 하야시 미키히토 박사가 설명합니다.

수정된 모델의 효과를 확인한 후, 연구자들은 염증 및 파골세포 분화와 관련된 유전자에 초점을 맞춰 시간이 지남에 따라 다양한 조직 유형 간의 치주염이 유전자 발현에 미치는 영향을 연구하기 시작했습니다.

그들의 주요 발견 중 하나는 결찰 후 5일 동안 치근 주위 조직에서 Il1rl1 유전자 발현이 유의하게 더 높았다는 것입니다. 이 유전자는 염증 및 면역 조절 과정에 관여하는 IL-33이라는 사이토카인에 결합하는 수용체 및 미끼 이소형의 ST2 단백질을 암호화합니다.

이 유전자의 역할에 대한 추가 통찰력을 얻기 위해 연구팀은 Il1rl1 또는 Il33 유전자가 결여된 유전자 변형 쥐에서 치주염을 유발했습니다. 이 쥐들은 IL-33/ST2 경로의 보호 역할을 강조하면서 염증성 뼈 파괴가 가속화되었음을 보여주었습니다. 수용체 형태인 mST2의 ST2 단백질을 함유한 세포에 대한 추가 분석을 통해 대부분이 대식세포에서 유래된 것으로 나타났습니다.

"대식세포는 일반적으로 활성화 여부에 따라 전염증성 및 항염증성이라는 두 가지 주요 유형으로 분류됩니다. 우리는 mST2 발현 세포가 두 가지 유형의 대식세포의 일부 마커를 동시에 발현한다는 점에서 독특하다는 사실을 발견했습니다." 수석 저자 이와타 다카노리 박사. "이러한 세포는 염증이 발생하기 전에 치근 주위 조직에 존재했기 때문에 우리는 이를 '상주 치주 대식세포'라고 불렀습니다."

이 연구 결과는 생체분자 수준까지 더 세부적인 규모로 치주염을 연구할 수 있는 변형된 동물 모델의 힘을 보여줍니다.

"우리는 치주 질환에 깊이 관여하는 치근 주위 조직의 특정 대식세포와 함께 치주 질환의 염증과 뼈 파괴를 조절하는 새로운 분자 경로 IL-33/ST2의 가능성을 제안합니다. 새로운 치료 전략과 예방 방법의 개발에 기여하고 있습니다."라고 수석 저자인 Tomoki Nakashima 박사는 결론지었습니다.