THE EFFECT OF ALTERED FUNCTIONAL FORCE ON THE EXPRESSION OF SPECIFIC MRNAS IN THE DEVELOPING MOUSE MANDIBLE

하악골의 발육중인 생쥐에서 기능력의 변화가 특이-유전자 발현에 미치는 영향

Mechanical forces are known to have an effect on bone formation, maintenance and remodeling, and there is evidence that the development of the mandibular condyle in the rat or mouse is influenced by altered functional force. However, studies are lacking in molecular-biologic mechanism such as the identification of differentiation factor induced from functional force. Here a mouse model was used to investigate the functional stress-responsive gene or factors which is related to the altered force by comparing the expression genes of functional state and hypo-functional state of the mouse mandible. ICR mice were provisioned with either a soft, mushy diet (soft-diet group) or hard rat pellets (hard-diet group) beginning at weaning for the alteration of functional force and subsequently sacrificed at 89 days of age. Incisor of mice in group 1 were trimmed twice a week to reduce occlusal forces. After killing the animals, mandibular bone including condyle were collected for RNA extraction, subtractive hybridization, northern blot analysis and mRNA in-situ hybridization. The results as follows; 1. A total of 39 clones were sequenced, and 11 individual sequence types were subsequently identified by subtractive hybridization, as 28 clones were represented twice in the analyzed sets. 2. Consequently four candidate clones, FS-s (functional stress-specific)2, -5, -18, and -22 were identified and characterized by homolgy search and northern analysis. Four of these clones, FS-s2, -5, -18, and -22, were shown to be expressed differentially in the hard-diet group. 3. Histologic sections showed that osteoblastic activity along the bone trabeculae and active bone remodeling were significantly lower in soft than in hard diet animals. A soft diet seems to enable a longer period of endochondral ossification in the mandibular condyle. 4. Although the mRNAs of FS-s2, -5, -18, and -22 were expressed rarely by cells of the soft-diet group, highest expression was detected in the cells of the hard-diet group. Together with the above results, it is suggested that FS-s2, -5, -18, and -22 could act as an important factors controlling the tissue changes in response to functional stress. The exact functional significance of these findings remains to be established.

기능력은 뼈의 형성, 유지 및 개조 이외에도 치아이동, 교정치료, 기능성 악교정장치의 사용 등과 관련한 치주인대세포의 특성 변화 등에 중요한 영향을 미친다. 또한, 하악과두에서도 기능력의 변화에 따라서 다양한 특성의 변화가 나타난다. 본 연구에서는 ICR 생쥐를 8주 동안 soft-diet와 hard-diet의 식이 조절을 통해 기능력의 변화를 유도하여, 기능력의 변화와 관련한 특이 유전자를 검출하기 위하여 subtractive hybridization, northern 분석 및 mRNA in-situ hybidization 등의 실험을 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. Soft-diet군과 hard-diet군의 subtractive hybridization을 통하여 총 39개의 clone을 얻었고 이중에서 11개의 서로 다른 hard-diet군 특이 후보 유전자들을 분리하였다. 2. 11개의 후보 유전자들 중에서 homology 검색과 northern 분석을 통하여 기능력과 관련이 있을 것으로 생각되거나 hard-diet군에서 mRNA가 선택적으로 발현되는 FS-s2, FS-s5, FS-s18 및 Fs-s22 유전자를 선택하였다. 3. Soft-diet군과 hard-diet군의 형태학적 분석에서 soft-diet군은 hard-diet군에 비하여 골모세포의 활성과 골개조의 특성은 저하된 것으로 관찰되었으나, 하악과두의 연골성골화 과정은 오랜 시간동안 지속되는 것으로 나타났다. 4. FS-s2, FS-s5, FS-s18 및 Fs-s22 유전자의 cRNA 탐침자를 이용한 in-situ hybridization에서 4개의 유전자의 mRNA들은 hard-diet군의 세포들에서는 강하게 발현되었으나 soft-diet군의 세포들에서는 그 발현이 미약하거나 나타나지 않았다. 이상의 결과를 종합하여 FS-s2, FS-s5, FS-s18 및 Fs-s22 유전자들은 대부분이 기능이 거의 알려져 있지 않는 것들로 기능력의 변화 과정에서 중요한 역할을 할 것으로 생각되나 앞으로 보완 연구를 통하여 각 각의 유전자들의 보다 정확한 기능을 이해하는 것이 필요 할 것으로 사료된다.