세계적 바이오테크 회사인 Genentech(제넨텍)사 지오프리 홈(Geoffrey Hom) 박사가 루프스 환자 1,311명과 대조군 1,783명의 DNA 샘플을 이용해 50만개 이상의 1염기 다형(SNP) 제노타이핑을 통해 확인했다고 New England Journal of Medicine(2008; 358: 900-909)에 발표했다.
ITGAM와 ITGAX 근처에 변이
신규 유전자 자리 중 하나는 프로모터 영역에 있는 아렐자리. B림프구 티로신키나제(BLK)의 발현 억제에 관여한다. 또 다른 하나는 C8orf13(염색체 8p23.1)의 발현 증가에 관여한다.
박사팀은 염색체 16p11.22상의 인테그린α M을 코드하는 유전자(ITGAM, 별명CD11b) 및 인테그린α X(ITGAX)를 코드하는 유전자 주변의 변이를 확인했다.
SLE의 감수성 유전자가 확인된 것은 이번이 처음은 아니다. 지금까지 연구에서 HLA 클래스 II아렐 DRB1*0301 및 DRB1*1501을 포함한 하플로타입이 루프스와 확실하게 관련하는 것으로 증명돼 있다.
또한 인터페론 조절인자(IRF)5나 시그널전달·전사 활성인자(STAT) 4를 코드하는 유전자의 변이 역시 SLE의 위험 인자로 알려져 있다.
박사팀에 의하면 이미 확인된 이들 루프스와 유전자 변이의 관련성을 양성대조군으로 하여 비교하자 새로 분류된 유전자자리가 실제로 루프스의 질환 감수성에 관여하는 것으로 나타났다.
이번 연구의 대상이 된 루프스 환자 1,311명은 모두 유럽계 북미인이었다. 재현성 분석은 스웨덴 루프스 환자 793명과 대조군 857명을 대상으로 실시됐다.
BLK 및 C8orf13를 코드하는 유전자가 전사(轉寫)하기 시작하는 부분의 상류에서 나타나는 유전자 변이는, 미국과 스웨덴의 대조군에서 rs13277113의 SNP가 질환을 유발했으며(오즈비 1.39, P=1×10-10), B림프구계 세포주의 메신저RNA(mRNA)의 변화에도 관련했다.
또한 미국과 스웨덴 샘플을 합친 경우에는 ITGAM(CD11b) 및 ITGAX를 코드하는 유전자 근처에 존재하는 염색체 16p11. 22상의 변이가 루프스와 관련했다
(rs11574637, 오즈비 1.33, P=3×10-11).
감수성 유전자가 확인되면 당연히 이러한 유전자가 질환을 어떻게 일으키는지 의문이 생긴다.
예를 들면 지금까지 여러 연구자들이 설명한 것처럼 루프스 위험 유전자로서 IRF5나 STAT4가 확인된 것은 1형 interferon 경로가 SLE 발병 메커니즘의 핵심이라는 가설을 지지한다.
루프스 발병 기전 해명
이번 지견은 환자가 루프스를 일으킬 때 실제로 무엇이 일어나는지에 대해서도 제시하고 있다.
BLK는 Src 패밀리 티로신키나제에 속한다. 홈 박사팀에 따르면 BLK는 B세포계에 매우 제한적으로 발현하며 B세포 수용체 하류의 시그널을 전달하는 티로신키나제의 하나다.
BLK가 없는 쥐에서는 표현형에 별다른 이상은 없지만 B세포 수용체에 관련하는 키나제의 역할에는 큰 차이를 보인 선례가 있다. 하지만 사람 B세포에서 담당하는 BLK의 기능은 알려져 있지 않다.
박사팀은 “B세포 수용체의 시그널 전달은 B세포 발생시 아네르기(면역성 결여)의 유도, 제거, 수용체 편집을 통한 B세포 레파토리를 구축하는데 중요하다.
이번 연구가 보여준 것처럼 BLK 위험 아렐은 형질 전환 B림프구 세포주에서 나타나는 BLK mRNA의 발현 감소에 관여하고 있다.
또한 BLK의 단백 레벨의 변화가 B세포에서의 관용 성립에 영향을 주고, 전신성 자가면역 반응을 일으키기 쉽게 할 가능성이 있다고 본다”면서 최근 루프스 쥐 모델에서 관련 유전자와 유사한 메커니즘이 발견된 점에 대해 언급했다.
박사팀은 “SNP rs 13277113 또는 그 SNP와 밀접하게 관련하는 변이가 BLK 및 C8orf13의 mRNA 발현 레벨을 변화시킨다. 이 SNP에서 위험도가 높은 A아렐이 BLK mRNA 발현 레벨을 낮추는데 관여했다.
A아렐의 동질 접합체의 BLK 발현 레벨은 G아렐의 동질 접합체에 비해 약 50%이고, A/G 이질 접합체에서는 중간 레벨이었다. C8orf13유전자의 발현도 동일한 하플로타입과 관련했지만 그 반대 결과가 나타났다.
형질 전환 세포주에서 rs13277113의 A아렐은 C8orf13의 발현 증가와도 관련했으며 G아렐은 발현 저하와 유의하게 관련했다. 여기에서도 A/G 이질 접합체에서는 중간의 발현 레벨이 관찰됐다”고 말했다.
C8orf13 유전자는 광범위하게 발현하지만 그 기능은 확실하지 않다.
ITGAM-ITGAX 유전자자리에 관한 홈 박사팀의 설명에 따르면 SNP rs11574637는 ITGAX의 일부분 또는 ITGAM를 포함한 일부 유전자를 코드하는 관련 SNP 블록의 일부다.
박사팀은 “이 영역에서는 5''영역의 방향으로 강력한 연쇄 불균형이 나타나기 때문에 ITGAX는 관련하지 않는다고 단정할 수는 없지만 우리는 ITGAM의 변이가 관련성의 열쇠를 쥐고 있다고 본다”고 설명했다. ITGAM은 Mac-1또는 3형 보체 수용체라고도 알려져 있다.
ITGAM는 수상세포, 마크로파지, 단구, 호중구 등의 각종 골수계 세포를 통해 발현되는 인테그린α 체인 패밀리에서, 그 특징이 자세히 해명된 분자의 하나다.
이 분자는 인테그린 β2(ITGB2, 별명 CD18)와 헤테로다이머를 형성하여 면역계에서의 세포간 접착이나 골수계 세포와 혈관내피의 접착을 중개한다.
루프스를 비롯해 여러 자가면역질환 모델 가운데 ITGAM 결손 쥐는 질환 진행이나 염증이 항진되는 것으로 나타났다.
ITGAM은 헬퍼 T세포 Th17의 분화(자가면역의 유도에 관계하는 경로의 하나)를 억제하는 것으로 보인다.
또한 활동기 루프스 환자의 호중구에서 ITGAM 발현이 증가한다는 사실도 보고되고 있다.
STAT4의 변이가 루프스와 관련한다는 사실은 이미 밝혀졌지만 이 유전자 변이는 루프스 뿐만 아니라 류마티스 관절염에도 관여하는 것으로 확인됐다.