연세대 최강열 교수 연구팀이 윈트신호전달계(Wnt signaling pathway)*를 조절하여 모발 생성을 억제하는 단백질(CXXC5**)을 발굴하고, 이를 타깃으로 하는 재생성 발모제를 개발 중에 있다고 과학기술정보통신부·한국연구재단는 밝혔다.

* 윈트신호전달계(Wnt signaling pathway) : 세포내에서 다양한 생리/병리현상을 조절하는 중요한 신호전달계로 암, 골다공증, 비만, 상처 치유, 모발 형성 등 치료제 개발의 주요 타겟임.

** CXXC5(CXXC-type zinc finger protein 5) : 연구팀이 지속적으로 연구하여 새롭게 규명한 아연집게 단백질로 신호전달 조절과 전사인자로의 이중역할을 수행함.

이 연구는 피부과학 분야 국제학술지 저널 오브 인베스티게이티브 더마톨로지(Journal of Investigative Dermatology) 10월 20일 게재되었으며, 저널 동일 호에서 루이스 갈자 교수(Luis A. Garza, 존스홉킨스 대학)가 연구의 중요성을 언급했다.

※ 논문명 : Targeting of CXXC5 by a Competing Peptide Stimulates Hair Re-growth and Wound-Induced Hair Neogenesis

※ 저자정보 : 최강열 교수(교신저자, 연세대), 이성훈 박사(제1저자, 연세대)

머리카락 성장속도를 조절하는 기존 탈모치료제는 이미 진척된 탈모에 효능이 없고 남성호르몬 억제에 따른 부작용이 있어, 이를 극복할 새로운 치료제가 필요하다. 최근 윈트신호전달계(Wnt signaling pathway)가 발모 및 모발 줄기세포 활성화에 중요한 역할을 한다고 보고되었지만, 발모를 조절하는 단백질이나 구체적인 조절과정에 대해서는 알려지지 않았다.

연구팀은 CXXC5(CXXC-type zinc finger protein 5) 단백질이 디셰벌드(Dishevelled)* 단백질에 결합하여 윈트신호전달계(Wnt signaling pathway)의 활성을 저해하고, 이는 모발 형성을 저해한다는 것을 생쥐모델 실험과 인간 모유두세포** 연구를 통해 밝혔다.

* 디셰벌드(Dishevelled) : 윈트신호전달계에서 세포 밖의 신호를 세포 안으로 매개하여 전달계의 활성화에 중요한 역할을 하는 단백질

** 모유두세포 : 모발을 만들어내는 핵심적인 역할을 하는 인체 모낭의 중심 세포

또한 CXXC5(CXXC-type zinc finger protein 5)와 디셰벌드(Dishevelled) 단백질의 결합을 방해하는 물질(PTD-DBM)을 개발했으며, 이 물질을 윈트 활성화제와 함께 인간세포나 생쥐에게 처리 시 성체줄기세포 활성화와 함께 새로운 모낭이 재생되는 ‘재생성 발모효과’를 나타냄을 밝혀냈다.

최강열 교수는 “이 연구는 모발 형성 조절에 관련된 단백질을 발굴하고, 이를 제어하여 모발 재생을 촉진하는 신물질을 개발한 것”이라며 “개발된 물질은 혁신신약(first-in-class) 약물로써 대머리 치료는 물론 피부조직의 손상까지 재생시키는 치료제 개발에 기여할 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업(집단연구)의 지원을 받아 수행되었다.

□ 논문명, 저자정보

- 논문명 : Targeting of CXXC5 by a Competing Peptide Stimulates Hair Re-growth and Wound-Induced hair Neogenesis.

- 저 자 : 최강열 교수(교신저자, 연세대학교), 이성훈(제1저자, 연세대학교), 서설화(연세대학교), 이동환(연세대학교), 피용천(연세대학교 원주 의대), 이원수(연세대학교 원주 의대)

□ 논문의 주요 내용

1. 연구의 필요성

○ 미녹시딜과 피나스테리드로 대표되는 기존 탈모치료제는 이미 진척된 탈모환자 및 대머리에는 효능이 거의 없고, 남성호르몬 억제에 따른 부작용과 함께 사용을 중단하면 탈모가 다시 진행되는 문제점이 있다. 따라서 이 같은 한계를 극복할 수 있으며 재생(regeneration) 효과를 바탕으로 모발을 형성시켜 탈모는 물론 대머리까지 치료 할 수 있는 신개념 치료제 개발이 매우 필요하다.

2. 연구 내용

○ 탈모가 진행되고 있는 환자 두피조직에서 증가되고 있는 CXXC5(CXXC- type zinc finger protein 5)가 디셰벌드(Dishevelled) 단백질에 결합하여 윈트신호전달계(Wnt signaling pathway)의 활성을 저해함으로써 인간 모유두세포와 동물모델에서 모발형성을 저해하는 것을 확인하였다. 또한 CXXC5 (CXXC-type zinc finger protein 5) 유전자가 결손된 마우스에서는 모낭주기가 빠르게 생장기로 회복되어 모발형성이 조기에 일어나는 현상을 관찰함으로써 CXXC5(CXXC-type zinc finger protein 5)가 모낭생성 억제 인자임을 증명하였다.

○ CXXC5(CXXC-type zinc finger protein 5) 단백질과 디셰벌드(Dishevelled) 단백질간의 결합을 방해하는 펩타이드*(PTD-DBM)가 인간 모유두세포와 마우스 모델에서 효과적으로 모발을 형성하였으며, 특히 성체줄기세포 활성화를 통한 재생성 모발형성을 촉진함을 확인하였다. 또한 펩타이드(PTD-DBM)와 윈트 활성화제를 인간세포나 마우스의 모발이 제거된 부위에 같이 처리하게 되면 음성되먹이기전*을 방해함으로써 발모 효과가 극대화됨을 확인하였다.

* 펩타이드(PTD-DBM) : 소수의 아미노산이 연결된 아미노산 중합체

* 음성되먹이기전 : 특정 신호전달 이후, 원래대로 상태를 복원시키는 피드백 작용기전

○ 윈트신호 활성화 물질과 펩타이드(PTD-DBM)를 함께 처리하였을 때, 윈트신호활성화가 극대화 되어 상처가 난 마우스(재생성 모발형성 모델)에서 더욱 효과적으로 새로운 모낭이 재생됨을 줄기세포 마커 활성화와 함께 확인하였다.

3. 연구 성과

○ 윈트신호전달계(Wnt signaling pathway)의 음성되먹이기전 조절자의 작용을 방해하도록 개발된 펩타이드(PTD-DBM)를 윈트 활성화제와 함께 생쥐에게 처리 했을 때, 모발형성 과정에서 모낭 줄기세포가 효과적으로 활성화된다는 것을 밝혔다. 이는 이전에는 없었던 새로운 패러다임의 재생성 발모제의 개발가능성을 열었다

○ 무엇보다도 현재 개발된 발모제는 머리카락의 성장속도를 빠르게 조절시키고 유지시키는 것에만 초점이 맞춰져 있었다. 하지만 이번 연구는 재생의학(regenerative medicine) 측면에서 피부 내에 잠재해 있는 성체줄기세포 분화를 촉진하여 모발형성을 유도하는 물질을 개발함으로써 대머리를 치료할 수 있는 가능성을 제시하였다는 점에서 중요한 연구결과이다.

연 구 결 과

1. 연구배경

ㅇ 모발은 3~7년의 성장기, 2~3주의 퇴행기, 3~4주의 휴지기의 반복으로 성장이 이루어진다. 그러나 모발을 생산하는 기관인 모낭(hair follicles)이 안드로겐성(androgenic hormone)의 영향으로 인해 작아지거나, 자가 면역질환 또는 부상으로 모낭이 손상될 때 탈모가 진행된다. 또한 대머리의 머리가 재생 될 수 없다는 것이 근 100년에 걸친 정설로 받아 들여 졌으나, 2007년 조지 콧사렐이스(George Cotsarelis) 연구팀의 네이처지의 연구결과(Ito 등, Nature 447, 316-320)에 의해서 재생성모발형성이 가능하며 윈트신호전달계(Wnt signaling pathway)가 관련 신호전달계임이 밝혀졌다. 따라서 모발의 생장주기 및 모낭 줄기세포 활성화에 관여하는 윈트신호전달계를 활성화를 통해 모낭을 신속하게 성장기로 전환시키거나, 모낭 줄기세포로 모유두세포를 만든다면, 탈모가 급속하게 진행되는 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 탈모가 이미 진행된 대머리 환자에서도 새로운 모낭을 재생(neogenesis) 시킬 수 있음이 제시 되었다.

ㅇ 본 연구진은 이 같은 윈트신호전달계를 활성화 시키는 과정에서 만들어진 CXXC5라는 단백질이 음성되먹이기전 인자로 작용하여 활성화된 윈트신호를 억제시킴을 밝혔다(Kim 등, 2015; Cell Death Differ. 22, 912-20; Lee 등, 2015. J. Exp. Med. 212, 1061-80). CXXC5(CXXC-type zinc finger protein 5)는 최근 새롭게 규명된 아연집게 단백질(zing finger family protein)로써 Dishevelled 단백질과 결합하는 도메인(DBM, Dishevelled binding motif)을 가지고 있는데 이 부위가 Dishevelled에 달라붙어서 윈트신호전달계를 저해 하는 것이다. 이에 금번 연구에서는 탈모 환자의 두피 조직, 인간 모유두세포 및 유전학적인 마우스를 이용하여 CXXC5가 발모 및 모발 신재생에 있어 중요한 타겟이 될 수 있음을 규명하고자 하였다. 또한 CXXC5와 Dishevelled의 결합에 경쟁적으로 작용할 수 있는 PPI 저해 펩타이드(PTD-DBM)를 개발하여 CXXC5-Dishevelled 결합을 저해하는 것이 발모 및 모발 신재생 약물을 개발하기 위한 새로운 타겟임을 규명하기 위한 연구를 진행하였다.

2. 연구내용

ㅇ 모발의 성장, 발달 및 신재생의 과정에 윈트신호전달계(Wnt signaling pathway)가 중요한 역할을 하는데, 환자 조직, 인간 모유두세포, 유전학적인 마우스 등을 이용하여 윈트신호전달계의 음성조절자(negative regulator)로 알려진 CXXC5가 모발의 성장, 발달 및 신재생에 미치는 역할을 규명하고자 하였다.

ㅇ 연세대 원주 의대에서 제공받은 탈모 환자의 모발 조직의 탈모부위와 비탈모부위에서 윈트신호전달계의 중요한 단백질인 베타-카테닌(b-catenin)과 ALP, PCNA와 같은 모발의 성장과 발달에 주요한 마커가 증가하며, 이와 반대로 CXXC5가 감소됨을 확인하였다. 마우스 조직의 모낭주기에서 베타-카테닌이 감소하는 시기에 CXXC5가 점차적으로 증가하는 양상을 확인하였다(그림 1) 인간 모유두세포를 이용하여 CXXC5 단백질이 모발의 성장과 발달에 미치는 영향을 확인해 본 결과 CXXC5의 과발현(overexxpression)에 의해 베타-카테닌과 모발형성 마커인 ALP, PCNA가 현저하게 감소함을 확인하였다. CXXC5 단백질은 인간 모유두세포에서 윈트신호전달계를 저해하는 동시에, 윈트재조합단백질(Wnt3a)에 의해 양이 증가하게 되고 Dishevelled와의 상호작용 역시 크게 강화됨을 확인하였는데, 이를 통해 CXXC5가 인간 모유두세포에서 음성되먹이기전 조절자(negative feedback regulator)로 작용함을 알 수 있었다(그림 2).

ㅇ 마우스 모델에서 CXXC5가 모발의 성장과 발달에 미치는 영향을 알아보기 위해 야생형(wild-type)과 CXXC5 넉아웃 마우스(CXXC5-/- mouse)의 털을 제거한 후 윈트 활성화제인 발프로산(VPA, valproic acid)을 처리한 결과 야생형 마우스와 비교해 발프로산을 처리한 넉아웃 마우스에서 발모효과가 극대화됨을 확인하였다. 또한 발프로산을 처리한 넉아웃 마우스에서 베타-카테닌의 활성화와 모발 형성 마커가 극대화됨을 확인함으로써 마우스 모델에서도 CXXC5가 윈트신호전달계의 음성되먹이기전 조절자로써 작용함을 확인하였다(그림 3).

ㅇ 이러한 CXXC5에 의한 음성되먹이기전을 바탕으로 CXXC5와 Dishevelled 단백질의 상호작용을 저해할 수 있는 PTD-DBM이라는 펩타이드를 디자인하였다. 이 펩타이드는 윈트재조합단백질이나 윈트 활성화제인 발프로산(VPA, valproic acid) 등과 함께 처리하였을 때 인간 모유두세포에서 베타-카테닌과 모발 형성 마커 증가를 극대화시킴을 확인하였다(그림 4).

ㅇ 펩타이드(PTD-DBM)와 발프로산의 복합적 처리가 마우스 모델의 발모에 미치는 영향을 알아보기 위해 털을 제거한 부위에 펩타이드, 발프로산 혹은 미국 FDA 승인 상용화 발모제인 미녹시딜(MNX, minoxodil)을 처리하였다. 그 결과 펩타이드와 발프로산의 복합적 처리에 의해 마우스의 발모 촉진 효과가 극대화됨을 확인하였다. 또한 이러한 효과가 상용화되고 있는 발모제인 미녹시딜보다도 발모 효과가 뛰어남을 확인하였다(그림 5).

ㅇ 음성되먹이기전 해제를 통한 윈트 활성화 펩타이드가 발모뿐 아니라 재생 (neogenesis)에 미치는 영향을 알아보기 위해, 마우스 피부의 가장 바깥 쪽 피부 층인 표피(epidermis)의 일부분을 제거한 후 펩타이드(PTD-DBM)와 발프로산을 처리하였다. 그 결과 펩타이드와 발프로산의 복합적 처리에 의해, 주변의 손상되지 않은 모포들과 다르게 재생(de novo regeneration)에 의해 모발이 만들어 짐을 확인하였다(그림 6).

3. 기대효과

ㅇ 모발의 성장, 발달 및 신재생 과정에 있어 윈트신호전달계의 음성되먹이기 조절자인자(negative feedback regulator)로 작용하는 CXXC5 단백질의 기능을 규명하고 이를 기반으로 한 펩타이드를 디자인한 본 연구는 모발의 성장과 발달의 조절기작을 이해하는데 귀중한 정보를 제공하고 있으며 더 나아가 새로운 패러다임의 발모제 개발에 중요한 역할을 할 것으로 여겨진다. 또한 이 펩타이드가 부작용 없이 모발의 성장과 발달을 촉진하고 있으며, 윈트 활성화제와 함께 처리하였을 때 그 효과가 보다 극대화되며 무엇보다 재생성 모발생성을 대변하는 것으로 알려진 상처후의 재생성 모발형성 촉진 효과를 보이는 물질을 발견했다는 것은 대머리의 치료에 사용될 수 있는 물질개발 가능성을 제시했다는 데에 큰 의미가 있다

 

연구 이야기

-

 연구를 시작한 계기나 배경은

탈모가 진행됨에 따라 성장기(Anagen) 상태에 있는 모발의 수가 현저히 줄어들 때 윈트신호는 감소하였고, 실제로 대머리환자의 조직에서도 윈트신호가 낮아져 있고, 반대로 CXXC5라는 윈트신호 억제단백질이 증가된 것을 관찰함을 계기로 하여, CXXC5가 발모 및 재생성 모발 형성효과를 유도하는 물질 개발을 위한 타겟임을 규명 하는 연구를 시작했다.

- 연구 전개 과정에 대한 소개

윈트신호전달계의 저해 단백질인 CXXC5가 생쥐의 모발의 발달 및 소실과정에서 윈트활성과는 반대로 조절됨을 관찰하여 모발형성을 조절할 것임을 확인하였고, 환자 시료를 이용한 연구를 통해서 CXXC5가 윈트신호를 억제하여 모낭활성 소실에 관여함을 밝힌 후 연구가 본격적으로 시작 되었다. 이후 메카니즘 연구를 통해서, CXXC5가 윈트신호 활성화를 통해서 만들어져서 신호에 의존하는 형태로 Dishevelled 단백질에 결합하여 윈트신호전달계의 활성을 저해함으로써 모발 형성이 저해됨을 확인 하였다. 이를 바탕으로 CXXC5-Dishevelled 단백질-단백질결합(PPI) 억제를 통해 모발 형성과 재생을 유도하는 약물을 개발하기 위한 타겟이 될 수 있을 것으로 추정한 후, CXXC5-Dishevelled 결합을 방해하는 경쟁 펩타이드(PTD-DBM)를 제작하여, CXXC5-Dvl 결합이 발모 및 모낭 재생을 위한 타겟임을 규명 하였다. 이후 메카니즘에서 얻은 아이디어를 바탕으로 GSK3b 활성을 억제 시켜서 윈트신호를 활성화 시키는 발프로산(valproic acid)을 같이 처리하였을 시, 최대의 발모 및 머리카락 재생 효과를 유도함을 밝혔다. PTD-DBM 펩타이드의 기능을 경쟁적으로 저해하는 펩타이드 모방 저분자화합물(개발중)을 신생에 의한 모발 형성 및 대머리 치료제로의 개발을 진행하고자 한다.

- 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소가 있었는지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

이제까지 탈모 연구는 주로 설치류를 이용하거나 모낭기관배양법을 사용했지만 이는 실제로 인체에 호르몬 여파나 유전적 요인 등으로 발생하는 탈모의 병리 메카니즘을 밝히기에는 충분하지 못하였다. 정확한 메카니즘에 바탕을 둔 머리카락형성 연구는 일반 생쥐연구로는 한계가 분명했으나 본 연구진이 10년간 연구하여 최초로 확보한 CXXC5 유전자 소실 마우스가 정확한 메카니즘 연구와 타겟을 규명하는데 중요한 역할을 했다. 또한 CXXC5가 탈모 환자에서 역할을 밝히는 데에는 연세대학교 원주 의대 이원수 교수 팀으로부터 제공받은 환자의 조직이 크게 도움이 되었다. 또한 펩타이드와 윈트활성화제 발포산(valproic acid)이 직접적으로 재생성 모발형성에 효과를 미치는지 밝히기 위해서 실행한 WIHN (Wound-induced hair neogenesis) 분석이 실험적으로 가장 어려운 부분이었지만, 이 결과를 통해 단순히 윈트신호를 활성화가 아니라 CXXC5-Dvl 단백질-단백질 결합 억제를 통한 윈트신호전달계 음성되먹임(negative feedback)을 해제하면서 동시에 윈트신호 활성화가 신생에 의한 모발형성(hair-neogenesis)에 중요함을 밝힐 수 있었다. 이를 통해 펩타이드와 함께 사용된 윈트 활성화제는 상처가 치유되는 과정 중 표피의 재-표피화 과정에서 줄기세포의 활성을 깨워 새로운 모포를 형성하게 함으로써 대머리를 치료할 수 있는 것 뿐 아니라 다른 피부조직의 손상까지 재생시키는데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

- 이번 성과, 무엇이 다른가?

새롭게 디자인하여 개발된 펩타이드가 윈트신호전달계의 음성되먹이기전 조절자의 작용을 방해함으로써 윈트 활성화제와 복합 처리시 모발형성 과정에서 효과적으로 모낭줄기세포를 활성화 시킨다는 내용으로 이전에는 없었던 새로운 패러다임의 재생성 발모제 개발을 위한 혁신형 타겟을 처음으로 제시했다는 데에 큰 차별성이 있다. 무엇보다도, 지금까지 개발된 발모제는 기존의 머리카락을 자라게 하고, 유지시키는 것에만 초점이 맞춰 있었으나, 이번 연구는 재생의학(regenerative medicine) 측면에서 인체에 잠재해 있는 성체줄기세포의 분화를 촉진하여 재생성 모발형성(neogenesis)시킨다는 점에서 대머리를 치료 할 수 있는 물질개발의 새로운 장을 열었다고 할 수 있다.

- 향후 연구계획은?

이번 성과를 바탕으로 현재 진행되고 있는 탈모 치료뿐 아니라 대머리를 치료 할 수 있는 저분자성 재생성 치료제 개발을 성공적으로 달성하기를 기대하며, 향후 손상된 피부조직 상처 및 아토피 치료 등에 적용범위를 넓히고자 한다. 특히 펩타이드의 기능을 모방하는 저분자 화합물을 개량하여 산업화에 용이하게 하는 일이 성공적이길 기대해 본다.

용 어 설 명

1. 저널 오브 인베스티게이티브 더마톨로지(Journal investigative dermatology)

○ 피부과학 분야의 세계 최고 권위 있는 국제학술지(관련 분야 JCR 상위 2.8%)

2. 윈트신호전달계(Wnt signaling pathway)

○ 세포내에서 다양한 생리 혹은 병리현상을 조절하는 중요한 신호전달계의 하나로 암, 골다공증, 비만, 상처 치유, 모발 형성 등과의 연관성에 대한 연구결과가 나오면서 다양한 치료제 개발을 위한 타겟으로 주목받는 신호전달계이다.

3. CXXC5(CXXC-type zinc finger protein 5)

○ CXXC5는 최근 새롭게 규명된 아연집게 단백질(zing finger family protein)로써 윈트신호전달계를 저해하는 것으로 알려져 있다.

○ CXXC5는 C-말단(terminal)에 Dishevelled 단백질과 결합하는 도메인(DBM, Dishevelled binding motif)을 가지고 있는데 이 부위가 CXXC5 단백질이 윈트신호전달계를 저해하는 기능을 하는데 중요한 역할을 한다.

4. 모낭주기(Hair cycle)

○ 인체의 모낭은 생장기, 퇴행기, 휴지기 등 크게 삼단계로 나누어지는 모낭주기를 겪으면서 모발을 만들어내고 탈락하는 것을 일생동안 반복한다.

5. 모유두세포(Dermal papilla cell)

○ 모발을 만들어내는 핵심적인 역할을 하는 인체 모낭의 중심 세포

6. 디셰벌드(Dishevelled)

○ 윈트신호전달계에서 세포 밖의 신호를 세포 안으로 매개하는 데에 중요한 단백질이며, 윈트 수용체 복합체에 의해 활성화되고 윈트신호전달계의 활성화에 중요한 역할을 하게 된다.

 

그 림 설 명

 

 

그림 1. 인간과 마우스 모낭에서 모발 생장주기에 따른 베타-카테닌(b-catenin), CXXC5, 모낭 줄기세포 마커의 발현 변화

(a) 남성형 탈모 환자의 비탈모부위 모발에서 베타-카테닌은 높게 발현되어 있지만, CXXC5는 낮게 발현되어 있음을 확인함. 반면, 탈모 부위에서는 CXXC5가 증가되어 있으며, 베타-카테닌은 반대로 감소됨을 확인함. 비탈모부위와 탈모 부위 두피조직에서 베타-카테닌과 CXXC5가 음성 상관관계를 보임.

(b, c) 탈모 환자에서 CXXC5는 줄기세포가 존재하는 부위인 모낭과 입모근 부위에서 높게 발현되어 있으며, 이와 반대로 모낭 줄기세포 마커인 keratin 15은 감소되어 있음을 확인함.

(d) 마우스의 모발 생장주기 동안 베타-카테닌이 감소하는 시기에 CXXC5가 증가하는 양상을 확인함.

 

 

 

 

그림 2. CXXC5 단백질이 인간 모유두세포의 분화와 증식에 미치는 영향

(a) CXXC5를 인간 모유두세포에 형질주입(transfection)하게 되면 베타-카테닌과 모발형성 마커(ALP, PCNA)가 저해됨을 확인함.

(b) 면역세포염색을 통해서도 베타-카테닌과 CXXC5가 음성상관관계를 보임을 확인함.

(c) DBM (Dishevelled binding motif)이 결여된 CXXC5 DNA를 형질주입하게 되면 베타-카테닌과 모발형성 마커 저해 효과를 보이지 못함.

(d) 면역침강을 통해 CXXC5와 Dishevelled 단백질의 상호작용이 윈트재조합단백질(Wnt3a)을 처리하였을 때 음성되먹이기전(negative feedback mechanism)에 의해 강화됨을 확인함.

(e) CXXC5 넉다운(knock down)된 세포에서 윈트재조합단백질을 처리하게 되면 음성되먹이기전이 방해받음으로써 윈트신호전달계의 활성화와 모발형성 마커의 증가가 극대화됨을 확인함.

(f) 면역세포염색을 통해서도 CXXC5 siRNA와 윈트재조합단백질을 인간 모유두세포에 처리하게 되면 시너지 효과를 보임을 확인함.

 

 

 

 

 

그림 3. 발프로산(VPA, valproic acid)이 CXXC5 넉아웃 마우스(CXXC5-/- mouse)의 모발 생성에 미치는 영향

(a) 7주령 야생형(wild-type), CXXC5 넉아웃 마우스의 털을 제거한 후, 용매(Vehicle) 혹은 발프로산을 28일 동안 처리함. 발프로산을 처리한 CXXC5 넉아웃 마우스에서 발모 효과가 극대화됨을 확인함.

(b) 용매 혹은 발프로산을 처리한 야생형, CXXC5 넉아웃 마우스 피부 단면을 염색한 결과. 발프로산을 처리한 CXXC5 넉아웃 마우스에서 밀도가 높으며, 굵은 모발이 생성된 것을 확인함.

(c) 면역조직화학 염색을 통해서 발프로산을 처리한 CXXC5 넉아웃 마우스의 모낭에서 베타-카테닌과 모발형성 마커(ALP, PCNA)가 현저하게 증가된 것을 확인함.

(d, e) 모발 조직의 웨스턴 블롯 결과. 발프로산을 처리한 CXXC5 넉아웃 마우스의 모발에서 베타-카테닌을 비롯한 모발형성 마커가 효과적으로 증가됨을 확인함.

(f) 모발의 성장주기를 분석한 결과. 발프로산을 처리한 CXXC5 마우스에서 가장 성장기 모발의 비율이 높음을 확인함.

 

 

 

 

그림 4. 펩타이드(PTD-DBM)와 윈트재조합단백질(Wnt3a)의 복합적 처리에 의한 인간 모유두세포의 활성 촉진 효과

(a, b) 웨스턴 블롯을 통해 펩타이드와 윈트재조합단백질의 복합적 처리가 베타-카테닌과 모발형성 마커(ALP, PCNA)를 효과적으로 증가시킴을 확인함.

(c) 윈트재조합단백질 대신 발프로산(VPA, valproic acid)의 복합적 처리에 의해서도 윈트신호전달계의 활성화가 극대화됨을 확인함.

(d) 면역침강을 통해 CXXC5와 Dishevelled 단백질의 상호작용이 펩타이드에 의해 방해받음을 확인함.

(e) 베타-카테닌이 넉다운(knock down)된 세포에 펩타이드를 처리하더라도 윈트신호전달계의 활성화와 모발형성 마커의 증가가 일어나지 않음을 확인함. 모발형성에 윈트신호전달계가 중요한 역할을 하고 있다는 사실을 확인.

(f) 이러한 현상이 디하이드로테스토스테론(DHT, Dihydrotestosterone) 처리에 의해서는 나타나지 않음을 확인함.

 

 

 

 

 

그림 5. 펩타이드(PTD-DBM)와 발프로산(VPA, valproic acid)의 복합적 처리에 의한 마우스의 발모 효과

(a) 7주령 마우스의 털을 제거 한 후, 펩타이드, 발프로산 혹은 상용화된 약물인 미녹시딜(MNX)을 28일 동안 처리함. 펩타이드와 발프로산을 복합적으로 처리할 경우 미녹시딜보다 뛰어난 발모 효과를 보임을 확인함.

(b) 펩타이드, 발프로산 혹은 미녹시딜 처리 후 마우스 모발의 상대적인 무게, 모발의 수, 모발의 두께를 확인함. 펩타이드와 발프로산의 복합적 처리에 의해 발모 효과가 극대화됨을 확인함.

(c) 약물 처리에 따른 모발의 성장주기의 변화. 펩타이드와 발프로산의 복합적 처리가 가장 효과적으로 성장기(Anagen) 모발 형성을 유도한 것을 확인함.

(d) 약물 처리 후 모발 조직의 웨스턴 블롯 결과. 펩타이드와 발프로산의 복합적처리가 베타-카테닌을 비롯한 모발 관련 마커(ALP, PCNA)를 효과적으로 증가시키는 것을 확인함.

(e) 면역조직화학염색을 통해서 베타-카테닌과 모발 관련 마커를 효과적으로 증가시킴을 확인함.

 

그림 6. 상처를 유도한 마우스에서 펩타이드(PTD-DBM)와 발프로산(VPA, valproic acid의 복합적 처리에 의한 모낭 신재생(neogenesis) 효과

(a, b) 7주령 마우스에 상처를 유도한 후 펩타이드, 발프로산을 28일 동안 처리함. 펩타이드와 발프로산을 복합적으로 처리하게 되면 베타-카테닌과 모발 형성마커(ALP, PCNA)를 비롯한 모낭 줄기세포(fgf9, Keratin 17)의 활성화가 현저하게 증가함을 확인함.

(c) 윈트 활성화 정도를 탐지할 수 있는 Axin2-LacZ 마우스에 펩타이드와 발프로산을 처리하였을 때, 복합적 처리가 가장 효과적으로 윈트 신호를 활성화 시킨다는 것을 확인함.

(d, e) 용매(Vehicle)를 처리한 마우스에서는 모포가 재생되지 않았지만, 펩타이드와 발프로산을 복합 처리한 마우스에서 가장 효과적으로 새로운 모포(neogenic hair follicles)를 재생시킴을 확인함. 그림 d의 점선은 상처 부위를 나타냄.

(f) 새롭게 재생된 모포들은 알칼리성 인산화(ALP) 과정이 일어나는데, 펩타이드와 발프로산의 복합적 처리에 의해 극적으로 새로운 모포를 재생되었음을 알칼리성 인산화 염색을 통해서 확인함.

 

최강열 교수[교신저자] 이력사항

1. 인적사항

○ 소 속 : 연세대학교 생명시스템대학 생명공학과

단백질기능제어이행연구센터(ERC)/센터장

○ 전 화 : 02-2123-6592

○ 이메일 : kychoi@yonsei.ac.kr

2. 학력

○ 1978년 ~ 1985년 : 연세대학교 학사

○ 1988년 ~ 1993년 : 퍼듀대학교 박사

3. 경력사항

○ 1993년 ~ 1995년 : 하버드 의과대학 생화학-분자약리학과 박사후연구원

○ 1995년 ~ 2001년 : 연세의대 생화학-분자생물학교실 조/부교수

○ 2001년 ~ 현 재 : 연세대학교 생명시스템대학/생명공학과 교수

○ 2005년 ~ 현 재 : 연세대학교 국가지정연구실(NRL)/ 도약 연구책임자

○ 2009년 ~ 현 재 : 연세대학교 단백질기능제어이행연구센터(ERC) 센터장

○ 2016년 ~ 현 재 : 연세대학교 언더우드 특훈교수

4. 전문분야 정보

○ 암 발생, 특히 줄기세포의 암화 억제 연구

○ 줄기세포분화를 위한 기반기술 개발

5. 연구지원 정보

○ 2009 ~ 과학기술정보통신부 기초연구지원사업(집단연구)

○ 2005 ~ 과학기술정보통신부 기초연구지원사업(개인연구)

 

한국연구재단 홍보실 제공