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뇌는 배아 단계 및 출산 후에도 계속해서 신경연접 및 회로를 형성하며 발달한다. 발달과정 동안 조직의 발생 및 분화를 위해 세포사멸기전이 활성화되지만, 이것에 대한 명확한 기전은 알려져 있지 않다. 송과선에서 분비되는 멜라토닌은 생체시계 유전자의 발현에 따라 항산화‧항노화 작용 및 체성 조직을 보호하는 역할을 한다. 정상적으로 혈중 멜라토닌의 양은 출생 후부터 2∼4개월까지 급격히 감소하고, 노화 과정 또한 멜라토닌의 분비량을 감소시킨다. 따라서 본 연구에서는 외재적 멜라토닌이 뇌의 발달과 노화 과정 동안 활성화 시키는 세포사멸기전의 유형에 대해 확인하였다. 본 연구를 위해 흰색 백서를 교배하여 얻은 배아 및 태아를 대조군과 멜라토닌 처리군으로 나누었고, 멜라토닌을 피하로 주입하였다. 출생 전 멜라토닌은 모체를 통해 간접 주입되었으며, 출생 후 3일부터는 신생 백서의 피하로 직접 주입하였다. 멜라토닌 처리에 따른 모체의 체중 변화는 멜라토닌 처리군이 대조군보다 유의하게 감소하였으며 (p<.01), 발달 중인 백서에서는 출생 후 21일에 멜라토닌 처리군이 대조군보다 유의하게 증가하였다 (p<.05). Golgi ...

뇌는 배아 단계 및 출산 후에도 계속해서 신경연접 및 회로를 형성하며 발달한다. 발달과정 동안 조직의 발생 및 분화를 위해 세포사멸기전이 활성화되지만, 이것에 대한 명확한 기전은 알려져 있지 않다. 송과선에서 분비되는 멜라토닌은 생체시계 유전자의 발현에 따라 항산화‧항노화 작용 및 체성 조직을 보호하는 역할을 한다. 정상적으로 혈중 멜라토닌의 양은 출생 후부터 2∼4개월까지 급격히 감소하고, 노화 과정 또한 멜라토닌의 분비량을 감소시킨다. 따라서 본 연구에서는 외재적 멜라토닌이 뇌의 발달과 노화 과정 동안 활성화 시키는 세포사멸기전의 유형에 대해 확인하였다. 본 연구를 위해 흰색 백서를 교배하여 얻은 배아 및 태아를 대조군과 멜라토닌 처리군으로 나누었고, 멜라토닌을 피하로 주입하였다. 출생 전 멜라토닌은 모체를 통해 간접 주입되었으며, 출생 후 3일부터는 신생 백서의 피하로 직접 주입하였다. 멜라토닌 처리에 따른 모체의 체중 변화는 멜라토닌 처리군이 대조군보다 유의하게 감소하였으며 (p<.01), 발달 중인 백서에서는 출생 후 21일에 멜라토닌 처리군이 대조군보다 유의하게 증가하였다 (p<.05). Golgi cox 염색을 통해 외재적 멜라토닌이 대뇌피질 신경세포의 이주 및 배치에 미치는 영향을 확인하였으며, 뼈 및 연골의 염색을 통해 골격의 형성을 확인하였다. 신경세포의 분화 및 세포사멸기전에 관한 마커의 발현을 살펴본 결과 멜라토닌 중재군에서 대조군에 비해 NG2 mRNA 발현이 배아기 20일 (p<.01)에 유의하게 증가하였으며, GFAP mRNA 발현 역시 배아기 20일 (p<.01)과 출생 후 3일, 7일 (p<.05)에 멜라토닌 중재군에서 유의한 증가를 보였다. 또한 대조군에서는 출생 후 7일에 저산소상태에서 발현하는 HIF-1α의 발현이 유의하게 증가하였으나 (p<.05), 멜라토닌 처리군에서는 유의한 변화를 보이지 않았다. 세포사멸을 확인 한 결과, 출생 후 28일에 멜라토닌 처리군에서 autophgy 발현이 mRNA (p<.01) 및 단백질 수준에서 (p<.05) 모두 유의하게 증가하였으며, proapoptosis 마커인 Bax mRNA 발현이 출생 후 3일에 유의하게 증가하였다 (p<.05). 노화와 관련하여 생후 6개월령 쥐의 뇌에서 세포사멸을 확인한 결과, 멜라토닌 처리군에서 antiapoptosis 마커인 Bcl2의 발현이 유의하게 감소하였다 (p<.05). 위의 결과를 통해 정상적인 발달과정에서 외재적 멜라토닌은 자가포식기전의 조절에 따라 골격의 형성뿐만 아니라 신경의 발달 및 성숙을 촉진하고, 산화적 스트레스에 대한 신경보호 매개자로서의 역할을 수행하는 것을 알 수 있다. 결론적으로 멜라토닌이 발달 촉진을 위한 보조제로 사용 가능하다는 것을 제안한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Mammalian neural development is continued to form neural circuit and synapse from the birth. Not only generation of the tissue but also differentiation of neuronal cell is activated by programmed cell death. Especially, autophagy which has been known as type II cell death is not elucidated. Melatoni...

Mammalian neural development is continued to form neural circuit and synapse from the birth. Not only generation of the tissue but also differentiation of neuronal cell is activated by programmed cell death. Especially, autophagy which has been known as type II cell death is not elucidated. Melatonin is a pineal hormone to regulate daily circadian rhythm, and has a role in anti-oxidative molecule. During 2~4 months from birth, there is a transient melatonin deficiency because of a lack of neural circuits to produce it. The purpose of this study was to verify the beneficial effects of exogenous and/or endogenous melatonin on the brain development. 7-week-old Sprague-Dawley rats were randomly divided into the two groups with/without melatonin. Treatment of melatonin was performed via subcutaneously injection at 19:00. It was indirectly injected to pups through maternal rat on embryonic days, and it was directly injected to them on postnatal days. As a result, exogenous melatonin induced a significant weight loss in maternal rats compared to the control (p<.01). Treatment of melatonin was significantly increased a body weight in male pups on P21 (p<.05). Histological analysis using Golgi cox staining showed that exogenous melatonin promotes gliogenesis, and assists to neuronal cell arrangement in cerebral cortex. As a result of double staining, the formation of skeleton and cartilage was confirmed both two groups. Using RT-PCR, neuronal cell differentiation and cell death mechanism was confirmed. The expression of NG2 was significantly increased on E20 (p<.01) melatonin groups than control. Compared to control, melatonin group was shown GFAP mRNA level also significantly increased on E20 (p<.01), P3, and P7 (p<.05). The expression of HIF-1a, as a marker of response to hypoxia, was increased at P7 on control, but was not statistically changed by melatonin treatment. As a results of cell death, not only autophagy was significantly increased on melatonin groups at P28 both mRNA and protein level, but also the expression of Bax, proapoptotic molecule, was increased on melatonin groups at P3 (p<.05). Related to aging, administration of melatonin for 6 month was induced significant decrease of Bcl2 mRNA level (p<.05). These results show that exogenous melatonin promotes the maturation of neuron as well as the formation of skeleton and plays an important role as a protective mediator from oxidative stress. In conclusion, we suggest that melatonin is an effective assistance as a nutritional supplement for neural development.

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