FGF-mediated FGFR signaling이 두개봉합부의 초기형태발생 및 유지기전에 미치는 영향

THE EFFECT OF FGF-MEDIATED FGFR SIGNALING ON THE EARLY MORPHOGENESIS AND MAINTENANCE OF THE CRANIAL SUTURE

두개봉합부의 조기융합으로 알려진 Craniosynostosis는 두개봉합부 주위 조직들 사이의 조화로운 상호작용이 파괴되었을 때 야기될 수 있다. 흥미롭게도 FGF receptor들, 특히 FGFR2의 point mutation은 여러 가지 형태의 craniosynostosis 증후군과 연관되어 있어, FGFR가 두개봉합부를 포함한 두개골 성장발달과정에 중요한 유전자임을 시사하고 있다. Mouse 두개봉합부의 초기형태발생시 FGFR 유전자들의 기능을 알아보기위해, in situ hybridization 방법을 이용하여 FGFR2(BEK) 및 골아세포분화의 초기표지자인 osteopontin이, 태생기(E15-18)에서 출생후(P1-P3)까지, 두개골의 시상봉합부에서의 발현양상을 조사하였다. FGFR2(BEK)은 osteogenic fronts에 강하게 발현되었으며, osteopontin은 parietal bone의 exo-, endocranial부위에서 발현되었으나, parietal bone의 성장가장자리인 osteogenic front에서는 관찰되지 않았다. 두개봉합부에서의 FGF-mediated FGFR signaling의 역할을 좀더 심도깊게 조사하기위해 E15.5 mouse의 두개골을 이용하여 in vitro 실험을 시행하였다. 흥미롭게도 osteogenic fronts 및 시상봉합부의 간엽조직 중앙에 FGF2-soaked beads를 점적하여 36시간 기관배양한 결과, bead주위 조직들의 두께 및 세포수가 증가되었으며, osteogenic fronts 상에 FGF4 beads를 올려놓은 경우, 시상두개봉합부 중앙에 점적된 FGF4 beads나 BSA control beads에 비해, 골성장이 촉진되어 시상두개봉합부의 부분적인 소멸을 관찰할 수 있었다. 이와 더불어 FGF2 beads는 osteopontin 및 Msx1 유전자의 발현을 유도하였다. 이 결과들을 종합해 볼 때, FGF-mediated FGFR signaling이 발육중인 두개골과 두개봉합부에서 세포의 증식과 분화의 균형을 조절하는데 중요한 역할을 담당하고 있음을 시사해주고 있으며, 이 과정중 FGF signaling이 osteopontin 및 Msx1 유전자의 발현을 조절하므로써 막내골성장 및 두개봉합부의 유지기전에 기여할 것으로 사료된다.

Craniosynostosis, the premature fusion of cranial sutures, presumably involves disturbance of the interactions between different tissues within the cranial sutures. Interestingly, point mutaions in the genes encoding for the fibroblast growth factor receptors(FGFRs), especially FGFR2, cause various types of human craniosynostosis syndromes. To elucidate the function of these genes in the early morphogenesis of mouse cranial sutures, we first analyzed by in situ hybridization the expression of FGFR2(BEK) and osteopontin, an early marker of osteogenic differentiation, in the sagittal suture of calvaria during embryonic(E15-E18) and postnatal stage(P1-P3). FGFR2(BEK) was intensely expressed in the osteogenic fronts, whose cells undergo differentiation into osteoprogenitor cells that ultimately lay down the bone matrix. Osteopontin was expressed throughout the parietal bones excluding the osteogenic fronts, the periphery of the parietal bones. To further examine the role of FGF-mediated FGFR signaling in cranial suture, we did in vitro experiments in E15.5 mouse calvarial explants. Interestingly, implantation of FGF2 soaked beads onto both the osteogenic fronts and mid-mesenchyme of sagittal suture after 36 hours organ culture resulted in the increase of the tissue thickness and cell number around FGF2 beads, moreover FGF4-soaked beads implanted onto the osteogenic fronts stimulated suture closure due to an accelerated bone growth, compared to FGF4 beads placed onto mid-mesenchyme of sagittal suture and BSA control beads. In addition FGF2 induced the ectopic expression of osteopontin and Msx1 genes. Taken together, these data indicate that FGF-mediated FGFR signaling has a important role in regulating the cranial bone growth and maintenance of cranial suture, and suggest that FGF-mediated FGFR signaling is involved in regulating the balance between the cell proliferation and differentiation through inducing the expression of osteopontin and Msx1 genes.