MicroRNA-27 promotes odontoblastic cell differentiation by targeting APC and activating Wnt/β-catenin signaling

Abstract

상아질은 치아의 가장 중요한 구성 성분으로 치관과 치근의 대부분을 구성하며, 상아질모세포는 제Ⅰ형과 Ⅱ형 교원질과 같은 유기기질과 당단백 및 dentin sialophosphoprotein을 합성하고 분비한다. 상아질의 기질이 침착됨에 따라 상아질모세포가 세포질 돌기들을 원심 쪽으로 내어 상아세관에 묻히게 되고, 결과적으로 상아질모세포는 치수 가장자리 상아질의 내면에 위치하여 상아질을 유지하게 된다. 그러나 상아질모세포의 분화기전과 상아질의 형성과정을 조절하는 인자 그리고 그와 관련된 분자생물학적 기전은 아직까지 명확히 알려져 있지 않다. 생체에서 내인성으로 존재하는 microRNA(miRNA, miR)는 종간에도 잘 보존되어 있으며, 21-25개의 염기서열로 구성된 매우 작은 noncoding RNA 분자로 알려져 있다. miRNA는 RNA 간섭을 통하여 기능을 나타내며 주로 표적 유전자의 3’-UTR 결합부위에 상보적인 염기서열을 가지면서 그 표적유전자의 단백합성을 억제하거나 촉진시킨다. 또한 miRNA는 세포 내 다양한 유전자를 조절함으로써 세포분화, 성장과 증식 등 대부분의 생명현상에 관여하는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 상아질모세포로서 MDPC-23 세포주의 분화과정에서 miR-27에 의한 상아질모세포 분화의 촉진과 그 분자적 기전을 밝히고자 하였다. 상아질모세포의 분화과정에서 miR-27에 의한 상아질모세포의 분화기전을 분석하기 위해, 생쥐 치유두세포 유래의 상아질세포 전구세포주인 MDPC-23 세포주에서 분화유도와 miR-27을 처리한 후, miRNA array 분석, 정량 PCR 분석, Alizarin red S 염색, 세포증식 분석, immunoblotting, luciferase activity 분석 및 단백질 핵 전이 분석 등을 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. MDPC-23 세포주의 분화과정에서 miR-27의 발현은 증가하였다. 2. miR-27은 MDPC-23 세포주의 석회화를 촉진시켰다. 3. miR-27은 MDPC-23 세포주의 증식에는 영향을 주지 않았다. 4. miR-27은 MDPC-23 세포주의 분화과정에서 adenomatous polyposis coli(APC)의 발현을 억제하였다. 5. miR-27은 MDPC-23 세포주의 분화과정에서 luciferase 활성을 감소시켰다. 6. miR-27은 MDPC-23 세포주의 분화과정에서 세포질 β-catenin을 핵 내로 이동시켰다.

본 연구의 결과로서 상아질모세포 MDPC-23 세포주의 분화과정에서 그 발현이 증가된 miR-27은 APC의 활성을 억제시켜 β-catenin을 핵 내로 이동시킴으로서 상아질모세포의 분화를 촉진시키는 것으로 사료된다.|MicroRNAs (miRNAs) are essential in regulating cell differentiation either by inhibiting mRNA translation or by inducing its degradation. However, the role of miRNAs in odontoblastic cell differentiation is largely unknown. In the present study, we demonstrate that the expression of miR-27 increased significantly during MDPC-23 odontoblastic cell differentiation. Furthermore, the up-regulation of miR-27 promotes the differentiation of MDPC-23 odontoblastic cells and accelerates mineralization without cell proliferation. In addition, our target gene prediction results revealed that the mRNA of adenomatous polyposis coli (APC) associated with Wnt/β-catenin signaling pathway has an miR-27 binding site in its 3’UTR and is suppressed by miR-27. Subsequentially, the down-regulated APC by miR-27 triggered the activation of Wnt/β-catenin signaling through accumulation of β-catenin in the nucleus. Our findings suggest that miR-27 promotes MDPC-23 odontoblastic cell differentiation by targeting APC and activating Wnt/β-catenin signaling. Therefore, miR-27 is a critical candidate as an odontoblastic differentiation molecular target for the development of miRNA based therapeutic agents in dental medicine.