Localization and roles of UCHL1 in the trans-differentiation of auditory supporting cells into hair cells

Abstract

포유류의 내이는 몸의 균형과 청력을 담당하는 등쪽의 전정계와 배쪽의 달팽이관으로 세분화 될 수 있다. 달팽이관의 감각 유모 세포(Hair cell)는 뉴런과 연결되어 기계적 소리 정보를 신경 자극으로 전달한다. 감각신경성 난청은 코르티 기관에 있는 유모세포의 손상으로 인해 가장 흔하게 발생하며 이러한 유모 세포의 손실은 노화, 소음 노출 및 이독성 약물을 포함한 다양한 요인에 의해 유발되는것으로 알려져 있다. 새와 물고기 같은 다른 척추동물과는 달리 포유류의 청각 유모 세포는 배아 발달 중에만 생성되며 한번 손실이 되면 청각 상피의 재생 능력 부족으로 인해 다시 재생될 수 없다. 그러나 최근 줄기 / 전구 세포 (stem/progenitor cell) 집단이 청력재생을 위한 치료표적으로 확인되면서 청각 유모 세포의 재생 연구가 활발히 이루어지고 있다. 유비퀴틴 프로테아좀 시스템은 달팽이관 발달 및 유지에 중요한 역할을 한다. 그러나, 달팽이관에서 지지 세포(Supporting cell)로 부터 유모 세포로의 전환분화 재생과정에 이러한 효소의 역할은 아직까지 알려져 있지 않다. 또한 이전 연구에서 RNA sequencing 결과 출생 후 3일 째 코르티 기관에 UCHL1이 고도로 발현된다는 것을 발견하였으며 이는 손상 후 재생 가능성이 있는 전정기관 유모세포(HC)에서 최상위 단백질에 속한다. 따라서 본 연구에서 우리는 청각 지지 세포로부터 유모 세포로의 전환 분화 과정에서 유비퀴틴 C-말단 가수분해효소 L1(UCHL1)의 위치와 역할을 조사하였다. 우리는 UCHL1의 발현이 유모세포가 발달함에 따라 점차 감소했고 랫뜨 생후 2일과 7일 사이에서는 기둥 지지세포(Pillar cell)와 세 번째 열 지지세포인 Deiters 세포로 제한되는것을 관찰 하였다. 이러한 UCHL1의 발현은 유모세포의 분화와 반비례하며, Notch 억제 및 Wnt 활성화에 의한 유모세포 전환 분화 과정 동안 하향 조절되었다. 특히, 분열을 통해 파생된 새로 생겨난 유모세포는 주로 UCHL1을 발현하는 세 번째 행 Deiters 세포와 Pillar 세포에서 발생했다. 또한 UCHL1 억제제인 LDN-57444는 mTOR 활성화를 통해 전환분화를 촉진시켜 유모세포 증가 효과를 나타냈으며, mTOR 활성 억제제인 라파마이신 처리시 LDN-57444의 효과가 나타나지 않음을 관찰하였다. 결론적으로 본 연구는 포유동물 코르티 기관에서의 UCHL1 발현을 처음으로 입증하였고, UCHL1이 신생아 달팽이관에서 지지세포와 전구 세포를 유모 세포로 전환 분화 시키는 과정에 음성 조절자로서의 역할을 하는 것으로 사료된다.