마이엘린 희소돌기아교세포 당단백질의 동위체에 따른 올리고머화 연구 = Isoform-specific oligomerization of Myelin Oligodendrocyte Glycoprotein

국문 초록 (Abstract)

마이엘린 희소돌기아교세포 당단백질 (MOG)은 중추신경계 희소돌기아교세포를 감싸는 수초의 가장 바깥쪽에 발현되는 당단백질로서 탈수초성 자가면역 질환과 직접적으로 상관관계가 있는 것으로 여겨진다. 기존에 보고된 MOG의 세포 밖 도메인 구조연구에서 MOG가 이량체를 형성할 수 있음을 보고하였으며, 실제 세포 내에서 MOG가 올리고머를 형성하여 작용할 것으로 추측되고 있다. 그러나, 아직까지 MOG의 명확한 생물학적 기능이나 분자적 작용 메커니즘에 대한 연구가 매우 부족한 상황이다.
본 연구는 MOG의 몇 가지 동위체 별 올리고머 형성에 대한 생화학적 분석을 통해 MOG의 올리고머화에 중요한 요소를 밝혀내고자 하였다. 본 연구에서는 이분자 형광 상보 (BiFC) 기법을 통해 MOG의 동위체 별 올리고머 형성여부를 가시적으로 확인하였고, 생물 발광 공명 에너지 전달 (BRET) 기법을 통해 올리고머화 정도를 정량적으로 분석하여 동위체 간 올리고머화 차이를 보여주었다. 이를 통해 MOG의 올리고머화가 다양한 동위체 중 α1 및 β1 특이적이라는 사실을 실험적으로 확인하였다. 이를 기반으로 동위체 간 서열 비교와 생화학적 분석을 통해 올리고머화에 필수적인 도메인을 찾고, 이를 분리 정제하여 올리고머화에 대한 구조적 정보를 얻고자 하였다. α1와 β1이 공통적으로 포함하는 카르복시 말단 부분의 구조 모델링을 통해 3차원 구조를 예측하고 다양한 돌연변이를 제작하여 올리고머화에 중요하게 작용하는 아미노산 잔기들을 밝혀내었다. 더 나아가 서울대병원 신경과 연구팀이 MOG에 대한 자가면역 질환을 앓고 있는 환자로부터 추출한 혈청 내 IgG를 이용하여, MOG α1 및 β1 특이적 올리고머에 환자의 IgG가 결합하는 것을 면역형광법 (IFA)와 BiFC를 통해 실험적으로 확인하였다.
이러한 연구 결과는 MOG의 올리고머 형성 메커니즘과 구조에 대한 이해를 증진시키고, 치료가 어려웠던 자가면역질환의 새로운 의학적 고찰과 치료 및 진단 방법 고안에 기초적인 정보를 제공할 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) is a myelin glycoprotein that is expressed preferentially on the outermost surface of the myelin sheath in central nervous system and is known to be directly related to demyelinating autoimmune disease. Previously, structural studies of the extracellular domain (ECD) of MOG proposed that MOG forms a dimer and have reported on the dimerization of MOG and it has been speculated that MOG would function as an oligomer in cells. However, the biological function and molecular mechanism of MOG have not been thoroughly investigated yet.
In this study, I tried to reveal important factors for the isoform-specific oligomerization of MOG through biochemical analysis of MOG isoforms. I identified the isoform-specific oligomer formation of MOG using BiFC (Bimolecular Fluorescence Complementation) assay, and performed semi-quantitative analysis of isoform-dependent oligomerization of MOG using BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer) assay. These results demonstrated that MOG α1 and β1 isomers can form homo- and hetero-oligomers, while the remaining isomers cannot. Based on these data, I identified a common C-terminal domain of MOG α1 and β1 isomers essential for oligomerization and characterized this domain by biochemical analysis. Structural modeling of this C-terminal region suggested that part of this region is embedded in the membrane rather than exposed to the cytosplasm. Furthermore, using immunofluorescence (IFA) assay and BiFC assay, I showed that MOG α1 and β1 oligomers interact with IgG purified from serum, which was extracted from patients with encephalomyelitis by a research team from the Department of Neurology at Seoul National University Hospital.
Taken together, these results will improve our understanding of the mechanism of MOG oligomer formation and are expected to provide valuable information for the therapeutic and diagnostic design of MOG-related autoimmune diseases.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 마이엘린 희소돌기 아교세포 (MOG) 2
• 2. MOG의 구조와 기능 5
• Ⅱ. 연구 배경 및 목표 8
• Ⅲ. 재료 및 방법 12
• 1. 동물 세포 기반 분석법 13
• 2. 도메인 단백질의 발현과 정제 18
• Ⅳ. 결과 21
• 1. 동위체 별 MOG 올리고머화 형성 22
• 1.1. 동물 세포에서의 시그널 펩타이드를 이용한 MOG 발현 22
• 1.2. BiFC를 이용한 MOG α1과 β1 올리고머화 확인 25
• 1.3. BRET을 이용한 MOG α1 및 β1 올리고머 정량화 30
• 2. MOG 올리고머화 도메인의 생화학적 분석 34
• 2.1. MOG α1/β1 공통 도메인의 기능 연구 34
• 2.2. MOG α1/β1 공통 도메인 정제 41
• 2.3. MOG α1/β1 공통 도메인 구조 모델링 44
• 2.4. MOG α1/β1 공통 도메인의 돌연변이에 따른 올리고머화 연구 46
• 3. MOG 올리고머와 IgG 결합 연구 49
• 3.1. MOG 올리고머와 뇌척수염 환자 상호작용 연구 49
• Ⅴ. 고찰 52
• 참고문헌 57
• Abstract 60