슈반 세포는 말초 신경계에서 매우 중요한 요소이다. 각각의 슈반 세포는 정상 상태의 말초 신경계에서 뉴런의 축삭을 감싸고 있는 수초를 형성하여 신경 신호의 빠른 신경 신호 도약을 가능하게 한다. 또한 슈반 세포는 말초신경계의 손상에도 중요한 역할을 한다. 말초신경계가 손상을 받게 되면 수초를 이루고 있던 슈반 세포는 탈수초화하여 미성숙 상태로 돌아가고 그와 동시에 세포의 잔해를 제거하기 위한 ...
슈반 세포는 말초 신경계에서 매우 중요한 요소이다. 각각의 슈반 세포는 정상 상태의 말초 신경계에서 뉴런의 축삭을 감싸고 있는 수초를 형성하여 신경 신호의 빠른 신경 신호 도약을 가능하게 한다. 또한 슈반 세포는 말초신경계의 손상에도 중요한 역할을 한다. 말초신경계가 손상을 받게 되면 수초를 이루고 있던 슈반 세포는 탈수초화하여 미성숙 상태로 돌아가고 그와 동시에 세포의 잔해를 제거하기 위한 대식세포 유도, 손상된 뉴런의 생존 유지, 축삭의 성장 유도 등을 도와주는 여러 가지 신경전달물질을 분비한다. 하지만 슈반 세포의 발달 및 재생 단계에서의 기능 및 기작은 여전히 불분명하며 이를 밝히기 위한 연구가 진행되고 있다. 광유전학은 광유전체가 삽입된 세포에 특정 파장의 빛을 조사하여 세포의 흥분 또는 억제를 조절하는 기술로, 오직 광유전체가 삽입된 특정 세포에만 적용할 수 있는 장점이 있어 신경과학 분야에서 각광받고 있는 기술이다. 이 논문에서는 광유전체가 삽입된 슈반 세포 모델을 확립하여 광 유전학이 슈반 세포의 발달 단계에 미치는 영향에 대해 연구하고자 한다. 먼저 광유전체를 슈반 세포에 트랜스펙션하고 광 자극을 주어 슈반 세포에 광유전학을 이용할 수 있는 방법을 확립하였고, 슈반 세포 단일 배양에서 광유전적 자극을 주었을 때의 슈반 세포의 분열이 촉진되는 현상을 확인하였다. 또한 dBcAMP/NRG1 이 포함된 배지에서 배양된 슈반 세포는 광유전적 자극에 의해 분화와 수초화가 촉진됨을 확인하였다. 지금까지 알려진 바로는 슈반 세포와 운동 신경을 공동 배양했을 경우, 약 10일 정도 후부터 MBP의 발현이 나타난다고 알려져 있다. 하지만 광유전체에 트랜스펙션된 슈반 세포와 운동신경을 공동배양하여 광유전적 자극을 주었을 경우, 배양 7 일째부터 MBP 발현이 확인되었으며, 14일째는 대조군에 비해 수초화가 더 성숙한 상태로 진행된 모습을 확인할 수 있었다. 이러한 광유전적 자극에 의한 슈반 세포의 영향은 세포내 칼슘 이온의 변화와 관련이 있다는 것을 확인하였다. 칼슘 이미징 방법을 이용하여 확인한 결과, 광유전적 자극을 주었을 때 슈반 세포 내 칼슘 이온의 유입을 관찰할 수 있었으며, 약물을 이용하여 슈반 세포 막에 있는 칼슘 이온 채널과 세포 내에 있는 칼슘 이온 저장소의 기능 억제를 통해 칼슘 이온의 유입 경로를 확인할 수 있었다. 이처럼 슈반 세포의 광유전적 자극은 슈반 세포 내 칼슘 이온의 변화를 유도하여 증식, 분화, 수초화 등 발달 단계에 영향을 주는 것을 확인하였고, 이는 신경 퇴행성 장애 연구에서 슈반 세포와 운동신경간의 정밀한 메카니즘을 연구하는 새로운 접근법을 제공할 수 있음을 시사한다.
슈반 세포는 말초 신경계에서 매우 중요한 요소이다. 각각의 슈반 세포는 정상 상태의 말초 신경계에서 뉴런의 축삭을 감싸고 있는 수초를 형성하여 신경 신호의 빠른 신경 신호 도약을 가능하게 한다. 또한 슈반 세포는 말초신경계의 손상에도 중요한 역할을 한다. 말초신경계가 손상을 받게 되면 수초를 이루고 있던 슈반 세포는 탈수초화하여 미성숙 상태로 돌아가고 그와 동시에 세포의 잔해를 제거하기 위한 대식세포 유도, 손상된 뉴런의 생존 유지, 축삭의 성장 유도 등을 도와주는 여러 가지 신경전달물질을 분비한다. 하지만 슈반 세포의 발달 및 재생 단계에서의 기능 및 기작은 여전히 불분명하며 이를 밝히기 위한 연구가 진행되고 있다. 광유전학은 광유전체가 삽입된 세포에 특정 파장의 빛을 조사하여 세포의 흥분 또는 억제를 조절하는 기술로, 오직 광유전체가 삽입된 특정 세포에만 적용할 수 있는 장점이 있어 신경과학 분야에서 각광받고 있는 기술이다. 이 논문에서는 광유전체가 삽입된 슈반 세포 모델을 확립하여 광 유전학이 슈반 세포의 발달 단계에 미치는 영향에 대해 연구하고자 한다. 먼저 광유전체를 슈반 세포에 트랜스펙션하고 광 자극을 주어 슈반 세포에 광유전학을 이용할 수 있는 방법을 확립하였고, 슈반 세포 단일 배양에서 광유전적 자극을 주었을 때의 슈반 세포의 분열이 촉진되는 현상을 확인하였다. 또한 dBcAMP/NRG1 이 포함된 배지에서 배양된 슈반 세포는 광유전적 자극에 의해 분화와 수초화가 촉진됨을 확인하였다. 지금까지 알려진 바로는 슈반 세포와 운동 신경을 공동 배양했을 경우, 약 10일 정도 후부터 MBP의 발현이 나타난다고 알려져 있다. 하지만 광유전체에 트랜스펙션된 슈반 세포와 운동신경을 공동배양하여 광유전적 자극을 주었을 경우, 배양 7 일째부터 MBP 발현이 확인되었으며, 14일째는 대조군에 비해 수초화가 더 성숙한 상태로 진행된 모습을 확인할 수 있었다. 이러한 광유전적 자극에 의한 슈반 세포의 영향은 세포내 칼슘 이온의 변화와 관련이 있다는 것을 확인하였다. 칼슘 이미징 방법을 이용하여 확인한 결과, 광유전적 자극을 주었을 때 슈반 세포 내 칼슘 이온의 유입을 관찰할 수 있었으며, 약물을 이용하여 슈반 세포 막에 있는 칼슘 이온 채널과 세포 내에 있는 칼슘 이온 저장소의 기능 억제를 통해 칼슘 이온의 유입 경로를 확인할 수 있었다. 이처럼 슈반 세포의 광유전적 자극은 슈반 세포 내 칼슘 이온의 변화를 유도하여 증식, 분화, 수초화 등 발달 단계에 영향을 주는 것을 확인하였고, 이는 신경 퇴행성 장애 연구에서 슈반 세포와 운동신경간의 정밀한 메카니즘을 연구하는 새로운 접근법을 제공할 수 있음을 시사한다.
Schwann cells (SCs) constitute an important element of the peripheral nervous system. Each SC forms a myelin sheath which is a crucial element to electrically insulate the axon for rapid propagation of axon potentials. However, the functions of SCs in developmental and regenerative stages remain unc...
Schwann cells (SCs) constitute an important element of the peripheral nervous system. Each SC forms a myelin sheath which is a crucial element to electrically insulate the axon for rapid propagation of axon potentials. However, the functions of SCs in developmental and regenerative stages remain unclear and researches to find this have been performed in vivo as well as in vitro. Here, we investigated how optogenetic stimulation (OS) of SCs promotes their development. We first constructed that SCs transfected with optogenetic genes and optical stimulation system was built for OS. In SC monoculture, OS substantially enhanced SC proliferation and the number of BrdU+-S100ß+-SCs over time. In addition, OS also markedly promoted the expression of both Krox20 and myelin basic protein (MBP) in SC culture medium containing dBcAMP/NRG1, which induced differentiation. We found that the effects of OS are dependent on the intracellular Ca2+ level. OS induces elevated intracellular Ca2+ levels through the T-type voltage-gated calcium channel (VGCC) and mobilization of Ca2+ from both inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3)-sensitive stores and caffeine/ryanodine-sensitive stores. Furthermore, we confirmed that OS significantly increased expression levels of both Krox20 and MBP in SC-motor neuron (MN) coculture, which was notably prevented by pharmacological intervention with Ca2+. Taken together, our results demonstrate that OS of SCs increases intracellular Ca2+ level and can regulate proliferation, differentiation, and myelination, suggesting that OS of SCs may offer a new approach to the treatment of neurodegenerative disorders.
Schwann cells (SCs) constitute an important element of the peripheral nervous system. Each SC forms a myelin sheath which is a crucial element to electrically insulate the axon for rapid propagation of axon potentials. However, the functions of SCs in developmental and regenerative stages remain unclear and researches to find this have been performed in vivo as well as in vitro. Here, we investigated how optogenetic stimulation (OS) of SCs promotes their development. We first constructed that SCs transfected with optogenetic genes and optical stimulation system was built for OS. In SC monoculture, OS substantially enhanced SC proliferation and the number of BrdU+-S100ß+-SCs over time. In addition, OS also markedly promoted the expression of both Krox20 and myelin basic protein (MBP) in SC culture medium containing dBcAMP/NRG1, which induced differentiation. We found that the effects of OS are dependent on the intracellular Ca2+ level. OS induces elevated intracellular Ca2+ levels through the T-type voltage-gated calcium channel (VGCC) and mobilization of Ca2+ from both inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3)-sensitive stores and caffeine/ryanodine-sensitive stores. Furthermore, we confirmed that OS significantly increased expression levels of both Krox20 and MBP in SC-motor neuron (MN) coculture, which was notably prevented by pharmacological intervention with Ca2+. Taken together, our results demonstrate that OS of SCs increases intracellular Ca2+ level and can regulate proliferation, differentiation, and myelination, suggesting that OS of SCs may offer a new approach to the treatment of neurodegenerative disorders.
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