The role of the interaction between Notch signaling and transcription factor Sox17 in angiogenesis and vascular remodeling

Abstract

혈관신생은 새로운 혈관이 기존의 혈관으로부터 생성되는 현상으로 조직의 발달과 상처치유에 있어서 매우 중요하다. 혈관신생 과정은 서로 다른 형태와 기능을 가진 내피세포들의 협력으로 조절되고 있는데, 바로 혈관 내피세포 최첨단에 위치한 팁세포 (Tip cell)와 팁세포 바로 아래 위치하는 스톡세포 (Stalk cell)이다. 운동성과 침투성이 강한 팁세포는 혈관신생의 전진방향을 안내하며 팁세포를 뒤따르는 스톡세포는 혈관연장에 필요한 내피세포의 증식 및 분열을 담당함과 동시에 내강(lumen)을 형성하여 혈관의 기능성을 보조한다. 이 세포들은 다양한 조절인자들과 신호전달에 의해 정교하게 조절된다. 그 중에서 Notch신호와 VEGF 신호가 혈관신생의 조절에 있어서 대표적인 신호전달 경로이다. 혈관발달 과정에서 VEGF신호는 혈관내피세포의 증식, 이동, 생존 등에 중요한 역할을 하며 혈관신생을 촉진하는 반면에 Notch신호는 내피세포의 성장, 이동, 동/정맥 분화 결정 그리고 팁/스톡 세포 결정에 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 팁세포 형성을 감소시켜 과도한 혈관신생을 억제한다고 보고 되었다. 이렇게 Notch 신호경로는 팁/스톡세포의 선정에 아주 결정적인 역할을 함에도 불구하고, Notch의 일부 하위 신호전달 경로만 밝혀져 있을 뿐 팁/스톡세포에서 차별화된 특정 조절체계에 대해서는 명확하게 밝혀진 바가 없다. 또한 최근 연구에서는 전사인자 Sox17이 발달과정 중 내피세포 특이적 으로 발현하는 것으로 알려졌고, 암-혈관신생 과정에서는 Sox17이 혈관신생을 촉진한다고 보고되었다. 이를 바탕으로 본 연구는 혈관발달과정에서 Sox17의 발현패턴 조사와 더불어 혈관신생 및 혈관재형성에서의 역할을 연구하였다. 그리고 혈관신생의 대표적 억제기전인 Notch 신호와 전사인자 Sox17의 관계를 조사하여 혈관발달 과정에서의 조절체계를 조사하였다. 개체의 발달과정에서 전사인자 Sox17은 혈관내피세포 특이적으로 발현

하였다. 출생 후 망막 혈관의 발달과정에서 Sox17은 동맥혈관에 강하게 발현하였고, 스톡세포에 비해 팁세포에서 강한 발현패턴을 보였다. 이러한 Sox17 발현은 동맥내피세포의 특성 획득 및 유지에 중요할 수 있음을 제시함과 동시에 팁세포에서의 강한발현으로 인해 혈관신생에 관련될 수 있음을 시사한다. 혈관신생과정에서 Sox17의 역할을 규명하기 위해 Sox17 결손 생쥐모델을 이용하여 연구를 진행하였다. 혈관내피세포 특이적 Sox17의 결손은 혈관신생에 있어 치명적 결함을 초래하였다. Sox17 결손 태아에서 원시 내피세포의 형태모습을 띄면서 비정상적으로 형성할 뿐만 아니라 혈관신생이 유도되지 않고 혈관접착 (vascular tuft)이 관찰되었다. 그리고 난황낭 (Yolk sac)에서도 마찬가지로 혈관신생이 정상적으로 일어나지 않으며 동맥분화를 억제하는 것으로 보아 혈관재형성과정에서 문제를 보였다. 이에 더하여 출생 후 망막 혈관발달과정에서도 Sox17이 결손 되었을 때 혈관신생이 지연됨을 관찰하였다. 이 결과들을 종합하였을 때, 전사인자 Sox17은 혈관신생의 촉진인자임을 알 수 있다. 이와 비슷한 결과를 초래하는 Notch/Dll4 신호와의 관계를 연구하기 위해 Notch 과발현 또는 억제를 시킨 후 Sox17의 발현패턴을 조사하였다. 흥미롭게도 생쥐의 발달과정 및 병리적 상황 때 Notch 신호는 Sox17 발현을 조절하였다. Notch 신호가 활성화 되면, 혈관신생을 억제시키면서 팁세포에 발현하는 Sox17을 감소시켰고, Notch신호가 억제되면 팁세포의 Sox17 발현이 증가하면서 혈관신생도 촉진되었다. 하지만 Sox17이 결손된 암-혈관에서는 이러한 변화가 관찰되지 않았다. 그리고 동맥혈관에서도 Notch 신호는 Sox17에 의존하지 않고 동맥분화를 유도하였다. 이는 적어도 혈관신생에 있어서는 Notch신호가 Sox17에 의존적이라는 것을 의미한다. 마지막으로 Notch 신호와 Sox17의 조절기전에 대해 연구하였다. 결과적으로 Notch신호는 Sox17을 단백질 수준에서 조절하고 있다는 것을 증명하였다. 이는 Notch신호가 Sox17을 전사 후 단계에서 조절한다는 것을 의미한다. 하지만 단백질 분해속도에 의한 조절은 아닌 것으로 확인되었다. 결론적으로 혈관신생과정에서 Notch신호는 Sox17 발현을 단백질수준에서

조절하고, Sox17은 팁세포에서 강하게 발현하여 혈관신생을 촉진시키는 것을 알 수 있었다. 본 연구는 팁세포와 스톡세포에서 차별화된 발현을 보이는 새로운 전사인자를 제시하였다는 데 큰 의미가 있다. 또한 혈관신생과정에서 Notch와 Sox17의 조절기전을 이해하는데 도움이 되었다.