부산대학교 도서관

TMEM43는 좌위 염색체 3p25.1에 위치한 난청 유전자로 알려져 있다. 소리 인지가 가능함에도 음성 분별이 불가능하다는 특징을 가진 청신경병증 (ANSD)을 유전하는 두 아시아계 가계도의 연관 분석 (linkage analysis) 과 엑솜 시퀀싱 (exome sequencing) 결과, TMEM43-p.(Arg372Ter) 돌연변이가 청신경병증의 병리학적 원인임이 밝혀졌다. 본 연구 에서는 달팽이관 내 TMEM43의 기능을 연구하였다. 먼저, TMEM43 단백질은 내유모세포를 감싸고 있는 달팽이관 지지세포 (GLSs)에 발현 돼 있는것을 확인하였다. 역학적으로, 달팽이관 지지세포에 위치한 TMEM43는 간극연접통로 (gap junction channel)인 코넥신26 (Cx26) 과 코넥신30 (Cx30), 그리고 two-pore domain (K2P) 포타슘 이온 통로인 TASK-1 (KCNK3)과 상호작용한다는 것을 발견하였다. 달팽이관 지지세포에서 간극연접통로에 의한 수동전도전류 (passive conductance current)를 측정할 수 있었는데, Tmem43 유전자 녹다 운 (knock-down) 혹은 청신경병증을 가진 Tmem43-p.(Arg372Ter) 유전자 녹인 (knock-in) 쥐에서는 수동전도전류가 현저하게 줄어든 것을 확인하였다. 이 결과는 달팽이관 지지세포에서 TMEM43가 K+ 전도를 매개하는데 관여한다는 것을 의미한다. 나아가 본 연구에서는 TMEM43 단백질의 세포 내 위상 배치를 밝히고 TMEM43가 세포막에 발현한다는 것을 확인하였다. 마지막으로 TMEM43는 새로운 이온 통로의 특징을 가지고 있다는 것을 증명하였다. TMEM43 이종 유전자 발현 (heterologous expression) 후 패치클램프 실험을 시행한 결과, TMEM43는 pH 에 반응하는 비선택적 양이온 통로 (non-selective cation channel)로 정의할 수 있었다. 정제된 TMEM43 단백질에서 확률적인 이온 통로 열림과 닫힘 현상이 관측됨에 따라 TMEM43가 이온 통로의 기능을 가진다는 결과를 추가적으로 뒷받침 할 수 있었다. 또한 본 연구를 통해 TMEM43의 막횡단 도메인 (transmembrane domain) 2번과 3번 사이에 위치한 고리구조 (Loop)2번이 이온 통로의 포어 (pore) 도메인을 형성하는데 기여할 것으로 예측 할 수 있었다. 결론적으로, 이 연구를 통해 달팽이관 내 TMEM43의 기능을 규명하였으며 새로운 이온 통로로 작용하는 TMEM43의 분자적, 생리학적 특징을 확인하였다.
TMEM43 has been identified as a deafness gene in humans that resides in a novel deafness locus at chromosome 3p25.1. Linkage analysis and whole genome sequencing from two large Asian families revealed that a nonsense TMEM43 variant p.(Arg372Ter) is a causative variant accounting for late-onset autosomal dominant auditory neuropathy spectrum disorder (ANSD). Here, I demonstrated the functional role of TMEM43 in the cochlea. I found TMEM43 expression in the glia-like supporting cells (GLSs) of the organ of Corti, surrounding the inner hair cells. Mechanistically, TMEM43 interacts with the Connexin26 and Connexin30 gap junction channels, and a two-pore domain potassium (K2P) channel TASK-1 (KCNK3) in GLSs. I further showed that the gap junction-mediated passive conductance current in GLSs is significantly decreased by gene-silencing of Tmem43 or in knock-in mouse with the Tmem43-p.(Arg372Ter) variant, which recapitulates the progressive hearing loss in humans. These results demonstrate the role of TMEM43 in large K+ conductance in cochlear GLSs. Moreover, I specified the topology of TMEM43 protein and revealed that TMEM43 traffics to plasma membrane. Finally, I identified TMEM43 as a new class of an ion channel. Patch clamp results from heterologous expression system revealed TMEM43 as a pH-sensitive and non-selective cation channel. Stochastic channel openings were also observed in purified TMEM43 protein, highlighting TMEM43 as an ion channel. In addition, I indicated Loop2, lying between transmembrane domain (TM)2 and TM3 of TMEM43, to be involved in formation of a possible pore residue. Collectively, I have characterized the role of TMEM43 in the cochlea and identified the molecular and physiological features of TMEM43.