중간중배엽

중간중배엽(中間中胚葉, intermediate mesoderm)은 인간을 포함한 척추동물의 초기 배아 발달 과정에서 나타나는 중배엽의 좁은 한 부분이다. 영문 명칭 그대로 '중간중간엽(intermediate mesenchyme)'이라고도 불린다.

위치와 구조

중간중배엽은 발달 중인 배아에서 축옆중배엽(paraxial mesoderm)과 가쪽판중배엽(lateral plate mesoderm) 사이에 위치하는 좁은 띠 형태의 조직이다. 배아의 낭배 형성 이후 중배엽은 등-배 축과 몸통축을 따라 여러 하위 구획으로 세분화되는데, 이 중 중간중배엽은 축옆중배엽과 가쪽판중배엽의 경계 부근에 놓인다.

초기 형성 과정

중간중배엽의 형성을 조절하는 분자적 인자에 대해서는 아직 완전히 규명되지 않았다. 다만 뼈 형성 단백질(bone morphogenic proteins, BMP)이 중배엽의 등-복 축을 따라 성장 영역을 지정하며 중간중배엽 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

Vg1/Nodal 신호는 BMP 신호를 통해 중간중배엽의 형성을 조절하는 것으로 확인되었다. Vg1/Nodal 신호가 과도하게 활성화되면 초기 장배형성 단계에서 축옆중배엽 형성이 줄어들고 중간중배엽 형성이 확장되는 반면, Vg1/Nodal 신호가 억제되면 중간중배엽의 형성 또한 억제된다.

중간중배엽 형성에 필요한 유전자로는 Osr1 및 Pax2가 있다. 이 유전자들은 초기 중간중배엽에서 중간 수준의 BMP 신호에 의해 활성화된다. 비교적 높은 수준의 BMP 신호는 가쪽판중배엽 조직의 성장을 자극하고, 낮은 수준의 BMP 신호는 축옆중배엽 형성과 몸 분절 형성을 유도한다. 아연-손가락 DNA 결합 단백질을 암호화하는 Osr1과 LIM형 호메오박스 유전자인 Lhx1의 발현은 가쪽판중배엽과 겹쳐 나타나며, 이후 Pax2/8 유전자와 같은 중간중배엽에 더 특이적인 유전자 마커는 제4~8체절 단계에 이르러 확인된다. 동물 실험을 통한 유전자 분석 연구에 따르면 Lhx1, Osr1, Pax2/8 신호 전달은 모두 중간중배엽의 초기 분화에 필수적이다.

유래하는 장기와 조직

발달이 진행되면서 중간중배엽은 전-후 축을 따라 순차적으로 세 단계로 분화하며 비뇨생식기 계통을 형성한다. 이 세 단계는 초기 포유류와 조류의 비뇨생식기 계통 형성 과정에 해당하며, 각각 전신(pronephros), 중신(mesonephros), 후신(metanephros)이라 한다. 중간중배엽은 궁극적으로 신장과 남성·여성의 생식 기관 일부로 발달한다.

신장

초기 신장 구조로는 전신과 중신이 존재하며, 그 복잡성·크기·발달 기간은 척추동물 종에 따라 크게 다르다. 성체의 신장(후신, metanephros)은 이전의 덜 복잡한 신장 구조가 퇴화한 뒤 중간중배엽의 후단부에서 형성된다.

전신(前腎, pronephros): 인간의 경우 대략 발생 22일째에 복부에서 머리 쪽 체절에 이르는 중간중배엽이 전신관(pronephric duct)을 형성한다. 전신관의 세포들은 꼬리 쪽으로 이동하며 인접한 간엽(mesenchyme)이 초기 신장 구조를 형성하도록 유도하며, 이 과정은 Pax2/8에 의해 조절된다. 전신은 일부 원시 어류의 성체에서 기능하며 양서류 유생 및 발달된 어류 배아에서는 1차 배설 시스템으로 작용한다. 그러나 포유류의 경우 전신세뇨관과 전신관의 앞쪽 부분이 약 3.5주에 퇴화하여 중신 단계로 이어진다.

중신(中腎, mesonephros): 포유류 발생 6주에서 10주 사이에 일시적으로 형성되며 그 기간 동안 신장 기능을 수행한다. 수생 척추동물에서는 영구 배설 기관으로 남는다. 인간의 경우 수태 8주에 최대 크기에 도달한 후 퇴행하기 시작하여 16주 후 퇴행이 완료된다. 중신은 일시적인 구조이지만 후신 신장의 요관싹을 형성하는 볼프관(중신관)의 발달에 필수적이다.

후신(後腎, metanephros): 양막류의 영구 신장이다. 인간 배아에서 약 10주 동안 발생하며 후신원성아체(metanephrogenic blastema)와 요관싹(ureteric bud)의 상호작용에 의해 형성된다. 후신원성아체가 분비하는 성선 유래 신경영양 인자(GDNF)가 공동수용체 GFRα1을 통해 수용체 티로신 키나제(RET)를 활성화하여 요관싹의 성장과 침습을 촉진한다. 요관싹이 후신원성아체를 침범하면 윈트(Wnt) 단백질 신호가 활성화되어 후신 간엽 세포의 응축과 네프론 상피 세포 생성을 위한 분극화가 시작된다. 요관싹은 FGF2와 BMP7을 분비하여 신장 간엽의 세포사멸을 방지하며, 응축 간엽이 분비하는 측분비 인자가 요관싹의 분지를 매개하여 요관과 집합관이 발생한다.

생식 기관

중간중배엽은 생식선(정소, 난소) 및 이와 연결된 관 구조로도 발달한다. 남성과 여성의 생식 기관 일부가 중간중배엽에서 유래하며, 이는 비뇨생식기 계통 형성의 일부로 이해된다.

관련 질환

중간중배엽 유래 조직의 발달 이상과 관련된 질환으로는 윌름스 종양(Wilms' tumor, 신아세포종)과 잔존 뮐러관 증후군(persistent Müllerian duct syndrome, PMDS) 등이 알려져 있다.

윌름스 종양은 중신원성 아체 세포가 중간엽-상피 전환(mesenchymal-epithelial transition, MET)을 완료하지 못하여 발생하는 배아성 종양이다. 흔히 WT1 유전자의 결실 또는 비활성화 돌연변이와 관련되며, 이는 Wnt/β-catenin 신호 경로를 억제하여 MET 진행을 방해한다.

잔존 뮐러관 증후군은 남성의 성 발달 선천 장애의 일종으로, 항뮐러관 호르몬(AMH) 유전자 또는 그 수용체(AMHR2) 유전자의 돌연변이에 의해 발생한다. 남성에게 정상적인 남성 생식 기관과 함께 자궁·나팔관 등 내부 여성 생식 기관이 남는 특징을 보인다.

참고 문헌

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