제브라피쉬 elasmoid scale 발달과정에서의 석회화 관련 단백의 발현

Abstract

The scales of bony fish represent a significant reservoir of calcium and calcification of elasmoid scale is known to be associated with the deposition of mineral crystal from the epidermis to dermis, but little is known about the exact mechanisms of calcium deposition, mobilization and regeneration occurred in zebrafish skin. The purpose of this study was to investigate the expression of calcification-related molecular mediators in epidermis and dermis in zebrafish (Danio rerio) using immunohistochemical study. We examined zebrafish skin of four populations of different age (20 days postfertilisation(dpf), 35 days dpf, 50 days dpf, adult zebrafish) using several immunohistochemical markers including bone morphogenetic protein 4 (BMP-4), β-catenin, osteocalcin, osteopontin and osteonectin. The results showed that BMP-4, osteopontin and osteonectin were moderately expressed on the epidermis of zebrafish after 35 dpf. Also, some of the cells in upper dermis showed the strong positivity for BMP-4, osteocalcin, osteopontin and osteonetin. Our results suggest that BMP-4, osteocalcin, osteopontin and osteonectin may play a role in process of the calcification of elasmoid scale and provide a clue to solve an interaction between the epidermis and the dermis in the process of ectopic calcification developed in the human skin and blood vessels. ;제브라피쉬(zebrafish, Danio rerio)는 인간과 유전자 정보 및 장기 체계가 높은 상동성을 보이는 척추동물로, 세대 기간이 2-3개월로 짧고 발생이 매우 빨라 생후 첫 3일 안에 중요한 기관이 모두 형성되는 장점이 있어 최근 여러 가지 인간 질병의 동물모델로 사용되고 있다. Elasmoid scale은 제브라피쉬를 포함한 일부 경골 어류에서 발견되는 비늘의 한 형태로 외피골격(dermal skeleton)을 이루는 구성 요소 중 하나이며, 제브라피쉬의 경우 생후 25~30일경 꼬리부분에서부터 발생하기 시작한다. 이는 진피층에서 표피-진피 경계부위에 근접하여 얇은 층판의 교원질 형태로 발견되며 이후 발달 과정 중에서 석회화가 진행되는 것으로 알려져 있으나, 이와 관련된 분자유전학적 발현 및 기전에 대한 연구는 제한적인 상태이다. 본 연구는 수정 후 3주, 5주, 7주, 9개월 된 제브라피쉬를 이용하여 elasmoid scale의 석회화과정에 관여하는 석회화 관련 단백 표지자의 발현을 알아보고자 하였다. 비늘이 발생하는 시기인 1달을 전후로 하여 비늘 및 비늘형성세포(scale forming cell)의 구조 및 변화과정을 시기별로 관찰하였으며, bone morphogenetic protein 4 (BMP-4), ß-catenin, osteocalcin, osteopontin, osteonectin의 발현 정도 및 시간에 따른 차이를 면역조직화학염색을 통하여 관찰하였다. 연구결과 7주 이상의 제브라피쉬의 표피 세포에서 BMP-4, osteocalcin, osteopontin, osteonectin이 발현되었으며, 일부 진피 세포에서 BMP-4, osteopontin, osteonectin에 강양성소견을 보였다. 표피 내 형성된 광물결정이 표피-진피 상호작용을 통해 비늘 내 축적된다는 기존의 연구결과와 연관지어 볼 때, 본 연구 결과는 BMP-4를 포함한 석회화 관련 단백질들이 비늘이 형성된 이후인 7주 이후에 표피와 진피 내에서 발현되며 이들이 추후 비늘 내에서 진행되는 석회화 과정에 관여할 것임을 시사하겠다.