생식선의 성 분화에 이상을 초래하는 질환의 원인 유전자로서 SRY가 동정 분리된 것은 1990년대이다. 이 유전자는 Y염색체에 존재하며 성적으로 미분화한 생식선을 정소로 분화시키는데 반드시 필요한 유전자임이 transgenic mouse에 의해 증명되었다.

이후 WT-1, SOX9, DAX-1 등의 전사인자가 동정되었다. 한편 knock-out 마우스의 실험에서 Emx2, M33이 동정되었다. 그러나 이러한 유전자는 질환 또는 knock-out 마우스를 만드는 과정에 동정된 유전자이므로 이러한 전사인자가 제어하는 유전자, 즉 표적 유전자가 아직 알려지지 않았다.

최근 몇 년 간 스테로이드 호르몬 생산에 관여하는 유전자의 전사를 조절하는 인자로서 동정된 Ad4BP/SF-1과 같은 전사인자에 관한 다방면의 해석이 진행되어 생식선의 분화를 일으키는 기전이 밝혀지고 있다.

1. 생식선의 분화에 보여지는 다양성

생식선의 분화 과정을 포유류를 중심으로 설명하고, 다른 동물종과의 차이를 언급하면서 그 다양성에 관해 발표하고자 한다. 그림 1에 보여지는 바와 같이 생식선(gonad:정소 및 난소)과 신장, 또한 부속기관인 비뇨생식기관 전부가 동일한 세포집단에서 분화한다.

잘 알려지지 않았지만 부신피질도 동일한 기원을 가진다. 이러한 세포집단은 somite와 측판중배엽 사이의 중배엽조직으로부터 형성된다.

포유류의 경우에는 그 구조가 명료하지 않지만 조류에서는 중간배엽으로 불리는 세포집단이 형태적으로 구별된다.

이러한 세포에서는 먼저 전신(pronephros) 조직이 분화하고, 중신(mesonephros)과 후신(metanephros)이 이어 분화하지만, 포유류에서는 전신의 형성이 거의 보이지 않고 중신부터 상부의 구조는 곧 소실된다.

그러나 조류에서는 전신의 구조가 계속해서 존속하는 등, 분화의 상황도 동물 종에 따라 다르지만 어떤 종에서도 이러한 세포로부터 장래 생식선이 되는 생식융기(genitalridge)가 분화한다. 생식융기는 문자대로 복강 내에 융기한 조직으로 마치 이것으로 보조하는 것처럼 동시에 중신도 발달된다.

생식융기에서 생식선이 분화되는 것과 더불어 중신에서는 부속생식기관이 분화된다.

그후 성적으로 미분화한 생식선의 성분화가 유도되나 성분화의 과정도 동물 종에 따라 다른 양상을 보인다. 동물 종에 따라 정소의 분화가 선행하는 동물, 난소의 분화가 선행하는 동물이 있다.

포유류의 경우 정소의 분화가 선행하나 다른 동물 종의 경우 대체로 난소의 분화가 선행되는데, 이것은 포유류에 비해 다른 동물종에서는 에스트로젠의 생산이 빨리 시작되는 것을 의미한다.

마우스에서 난소 기능의 성숙은 출생 후에 시작하므로 태생기에는 암컷일지라도 태자 스스로 에스트로젠을 생산하지 않는다.

한편 수컷태자에서 정소기능의 성숙은 이미 태사자에 진행하고 있으므로 안드로젠의 생산은 시작되고 있다.

닭이나 어류에서는 반대로 생식선 형성과정에서 생산되어진 성스테로이드의 종류는 동물 종에 따라 크게 다르다.

일반적으로 생식선의 성 결정을 받아 부속생식기관과 뇌의 성 분화가 유도되는데 이것은 성 결정 이후 생식선에서 생산되는 각종 호르몬의 영향에 의한 것으로 생각되어진다. 따라서 성스테로이드에 대한 감수성도암수 또는 동물 종에 따라 다를 것으로 생각되어지고 있다.

예를들어 어떤 종류의 어류 또는 양서류에서 생식선의 성 분화 성스테로이드 특히 에스트로젠의 영향을 받는다고 한다.

본래 정소로 분화되는 생식선이 에스트로젠의 영향에 의해 난소로 성전환하는 것은 잘 알려져 있다.

이러한 영향은 포유류의 태자에서는 나타나지 않는 것으로 동물 종간에 보여지는 성분화의 기전의 차이는 내분비계 장매물질의 작용과의 관련성을 배제할 수 없다.

2. 전사인자의 발현과 기능

생식선은 암수가 서로 다른 과정을 거처 형성되는데, 이 때 Ad4BP/SF-1 또는 Dax-1 등의 핵내 수용체가 관여하는 것으로 알려져 있다. 전사인자의 기능을 상세히 설명하지는 않겠지만 knock-out 마우스의 표현형 및 사람 유전자 변이에 기인한 질환의 연구 결과, 이러한 전사인자 발현은 생식선과 부신피질의 정상적인 기능 유지 및 획득에 중요하다고 알려져 있다.

전사인자의 기능을 기준으로 조직분화를 생각해 볼 경우, 중요한 것은 그 전사인자의 발현 시기 및 영역 특이적인 발현을 가능하게 하는 기구이다.

생식선에 발현하는 전사인자도 각각 특징적인 양식을 보인다. 시기 및 영역의 차이뿐만 아니라, 성에 의존한 차이도 보여진다.

예를들어 생식선, 부신 및 신장의 원기인 비뇨생식선, 원기에 의한 전사인자의 발현을 비교하면 흥미있는 분포를 나타내는 데 앞에서 언급한 대로 비뇨생식원기는 중간중간 배엽에서 분화하는 것으로 그림2에 이 부위에서의 Ad4BP/SF-1, Dax-1, Sox-9, WT-1의 발현을 모식적으로 표시하였다.

각각의 영역은 겹쳐있는 부위도 있지만, 특이적으로 발현되는 부위도 있다. 예를들어 생식선 원기를 구성하는 영역에서는 이러한 인자 전체의 발현이 있지만, 부신원기에서는 Ad4BP/SF-1만, 신장원기에서는 WT-1만 발현된다. WT-1의 특징은 비뇨생식기원기 영역 대부분에서 발현됨에도 불구하고 부신원기에서 발현되지 않는다는 점이다. 이러한 발현의 차이가 세포기능 차이를 유발하는 것으로 추측되며 세포분화기전의 하나로 생각된다.

그러나 핵내수용체는 생식선의 발생에 어떻게 관여하는 것일까? 전사인자의 기능은 표적유전자의 전사조절이므로 그 표적유전자를 동정함으로서 전사인자의 기능을 알 게 된다. 따라서 전사인자의 동정 이후 생식선의 분화에 필요한 전사인자의 표적유전자가 현재 동정되고 있다.

그중 하나가 최근 활발하게 연구되고 있는 MIF 유전자로 MIF는 성 분화직후 정소의 Sertoli 세포에서 분비되어 Leydig 세포에서 생산분비되는 testosterone과 협조적으로 작용하여 Mullerian duct의 퇴화를 유발하는 것으로 잘 알려져 있다. 이것의 생물학적 활성에 의해 부속생식기관의 암수의 성 차이가 유발되므로 MIF 유전자의 전사조절을 맡고 있는 전사인자를 동정하는 것은 큰 의미가 있는 것으로 생각되어 진다.

현재까지 그림4와 같이 이 유전자의 promoter 영역에서는 Ad4BP/SF-1, SOX9, GATA4의 결합부위가 확인되어 실제 이러한 인자가 MIF 유전자 전사를 조절하는 것으로 밝혀지고 있다. 이외에 WT1은 MIF 유전자의 promoter와는 결합하지 않고, Ad4BP/SF-1과의 상호작용을 통하여 전사를 활성화하는 것으로 보고되어 있다.

Ad4BP/SF-1의 표적유전자로는 MIF 유전자 이외에 스테로이드 탈수소효소 생산에 관여하는 cytochrome P450과 3β 수산화 스테로이드 탈수소효소(3β-HSD), StAR(steroidogenic acute regulatory gene) 유전자, Ley I-L(Leydig Insulin-like gene), PRL-R(prolactin 수용체), oxytocin 유전자가 있다는 보고가 있다. 또한 생식선 이외의 조직에서는 부신피질에서 ACTH-R(adrenocortcotropic hormone 수용체)가, 뇌하수체에서는 LHβ(luteinizing hormone)와 FSHβ(follicle stimulating hormone)가 Ad4BP/SF-1의 표적유전자로 알려져 있다(표1). 이와같이 Ad4BP/SF-1의 표적유전자는 현재 상당히 알려져 있으나 아직도 기타 전사인자에 대해서는 잘 알려져 있지 않다.

3. 전사인자의 발현과 기능

MIF 유전자의 전사조절기구에 관한 연구결과 생식선의 분화에 필수적인 몇 개의 유전자가 상호작용하여 전사를 조절하고 있는 것이 알려져 있다.

앞에서 언급한 바와 같이 MIF 유전자의 전사조절에는 Ad4BP/SF-1 이외에 SOX9, WT1, GATA-4가 관여하는 것으로 알려지고 있다. SOX9는 promoter의 인식 부위와 결합하여 Ad4BP/SF-1과 상호작용하여 전사를 활성화 한다. 이때 상호작용에 필요한 영역은 Ad4BP/SF-1의 C 말단 부위와 SOX9의 HMG box이다. 한편, WT1은 결합부위가 promoter의 존재하지 않음에도 불구하고 Ad4BP/SF-1의 DNA 결합영역과 상호작용하여 전사를 활성화 시킨다.

GATA-4도 promoter 부위와 결합하여 Ad4BP/SF-1과의 상호작용을 통하여 전사를 활성화시킨다고 최근 보고 되었다.

이외에 스테로이드 생산에 관여하는 P450 유전자의 하나인 CYP11A 유전자의 전사조절은 Sp1이 인식배열에 결합하여 Ad4BP/SF-1에 의해 전사가 활성화되나 아직 상호작용에 필요한 영역은 알려져 있지 않다.

생식선 이외에서는 뇌하수체의 LHβ 유전자에 Ad4BP/SF-1과 Egr-1이 상호작용하여 전사를 활성화시킨다고 보고되었다.

이상과 같은 전사인자간의 상호작용 뿐만아니라 cofactor와의 상호작용도 연구되고 있다. CBP/p300 및 SRC-1은 Ad4BP/SF-1과의 상호작용을 통해 각각 CYP11A 유전자와 인공제작된 promoter의 전사를 활성화 시킨다. 이상의 상호작용은 전사활동을 촉진하는 과정이나, Dax-1에 의한 억제성의 상호작용도 밝혀지고 있다.

Dax-1 N 말단의 일부는 Ad4BP/SF-1 분자의 가운데 부분 또는 C 말단과 상호작용을 한다. 이러한 복합체가 전사억제활성을 가진 Nco-R을 recruit함으로서 Ad4BP/SF-1에 의존하여 전사활동이 억제되는 것으로 추측된다.

이상과 같이 지금까지 많은 전사인자간의 상호작용과 이것을 게재한 전사제어의 실체가 밝혀지고 있다. 그러나 상호작용은 현재 Ad4BP/SF-1과 이것이 관련된 전사인자와의 사이에서만 밝혀졌을뿐 다른 인자의 상호작용은 앞으로의 과제이다.

4. 전사인자 유전자의 전사를 조절하는 기구

조직의 분화를 전사인자의 역할과 관련지었을 때, 중요한 것은 전사인자의 시기 및 영역 특이적인 전사활성을 가능하게 하는 기구의 존재이다. 생식선에 발현하는 전사인자도 각각 특징적인 발현양식을 보이는데 시기 및 발현부위의 차이 뿐만 아니라 생식선의 성에 의존하여 발현 양상을 보이는 것은 앞에서도 언급한 바 있다.

이러한 발현차이에 의해 세포기능도 차이가 생기는데 이거시은 세포분화를 유도하는 기전중의 하나로 추측된다. 따라서 각각의 전사인자에 대한 특징적인 전사조절이 어떠한 기전에 의해 이루어지는가를 밝히는 것이 중요하다.

유감스럽게도 아직 이러한 방향의 연구가 부족한데, 가장 큰 이유는 종래의 세포를 이용한 promoter assay로 진행되어 왔기 때문이다. 생시기선의 초기분화과정이나 성 분화 과정에서 전사조절기구를 밝힐 수 있는 promoter assay를 하기 위해서는 이 과정을 invitro 상에서 재현할 수 있는 시험계가 있어야 하나, 생식선 유래의 세포에서는 이 조건을 만족시킬 수 있는 세포가 존재하지 않기 때문이다. 현재 transgenic 동물을 이용한 실험이 몇곳에서 진행중이거나 아직 좋은 결과를 얻은 곳은 거의 없다.

이상과 같이 생식선의 분화에 깊이 관여하는 전사인자의 동정을 통해 생식선 분화 관련 기전이 밝혀지고 있다.