[학위논문]파킨슨병 모델에서 도파민성 신경세포의 사멸을 조절하는 미토콘드리아 및 미세소관의 기전 Dopaminergic neuron death regulated by mitochondria and microtubule in Parkinson's disease models원문보기
박형준
(Chonnam National University
School of Biological Sciences and Biotechnology
국내박사)
파킨슨병은 퇴행성 뇌질환으로 미세 소관의 기능 이상과 축삭 수송 손상이라는 특징이 나타난다. 로테논은 현재까지 농약으로 많이 사용되고 있으며, 파킨슨 환자와 파킨슨병 모델의 흑질과 선상체를 잇는 도파민성 ...
파킨슨병은 퇴행성 뇌질환으로 미세 소관의 기능 이상과 축삭 수송 손상이라는 특징이 나타난다. 로테논은 현재까지 농약으로 많이 사용되고 있으며, 파킨슨 환자와 파킨슨병 모델의 흑질과 선상체를 잇는 도파민성 뉴런의 퇴화의 원인이 된다. 로테논은 미토콘드리아 복합체 I의 저해제로 잘 알려져 있다. 게다가 미세소관 안정화 물질 저해제로서도 역할을 한다. 도파민성 뉴런의 사멸의 기작을 밝히기 위해, 로테논에 의해 유도된 도파민성 뉴런의 사멸을 조절하는 신호 전달을 확인하고, GSK3β 와 JNK를 매개한 로테논 유도 세포사멸이 일어나는 것을 보았다. 또한 미토콘드리아 복합체 I의 저해가 도파민성 뉴런의 손실과 파킨슨병의 증상을 유도하는지 검증하기 위해 미토콘드리아 복합체I을 이루는 Ndufs4를 발현하는 유전자를 도파민성 뉴런 내에서 제거한 마우스 모델로 분석했다. 미토콘드리아 복합체 I 활성이 감소되었음에도 불구하고, 도파민성 뉴런 내 Ndfus4 발현이 제거된 마우스에서 파킨슨병의 증상 중 하나인 운동성 저하와 흑질 내의 유의한 도파민성 뉴런의 손실은 나타나지 않았다. 그러나 우울증 행동을 나타냈다. 반면에, 로테논이 처리된 마우스들은 운동 장애와 흑질 내 도파민성 뉴런의 손실이 나타났다. 그래서 로테논에 의한 미세 소관의 불안정이 파킨슨병의 원인이 될 수 있을 것이라고 가설을 세웠다. 미세 소관의 안정화를 유지하는 역할을 하는 Tau 단백질은 로테논 처리된 세포 내에서 GSK3β의 활성화에 의해서 인산화 된다. 비정상적으로 Tau 단백질의 과도한 인산화는 미세소관에서 Tau 단백질이 떨어지고, 뉴런 내의 미세 소관의 불안정의 원인이 된다. 이전 연구에 따르면 Epothilone D는 효과적인 미세 소관 안정제로 쉽게 혈액 내 뇌장벽을 통과할 수 있다. 그리고 강하게 미세 소관을 중합하는 성질을 갖고 있다. 그 가설을 검증하기 위해, 도파민성 뉴런 내 Ndufs4 발현 제거된 마우스와 야생형 마우스에 로테논을 처리하여 Epothilone D의 효과를 시험하였다. Epothilone D는 로테논에 의한 도파민성 뉴런의 죽음에 보호 효과가 있었다. 그리고 로테논에 의해 유도된 운동 기능 이상과 기억력 손실이 도파민성 뉴런 내 Ndufs4 발현 제거된 마우스에서 Epothilone D 처리에 의해 완화 되었다. 그러므로 이 결과를 통해 미세 소관의 불안정은 파킨슨병 모델의 도파민성 뉴런의 사멸의 원인이 될 수 있고, 약물학적으로 미세 소관의 안정은 파킨슨병 치료의 새로운 전략이 될 수 있을 것이라 제안한다.
파킨슨병은 퇴행성 뇌질환으로 미세 소관의 기능 이상과 축삭 수송 손상이라는 특징이 나타난다. 로테논은 현재까지 농약으로 많이 사용되고 있으며, 파킨슨 환자와 파킨슨병 모델의 흑질과 선상체를 잇는 도파민성 뉴런의 퇴화의 원인이 된다. 로테논은 미토콘드리아 복합체 I의 저해제로 잘 알려져 있다. 게다가 미세소관 안정화 물질 저해제로서도 역할을 한다. 도파민성 뉴런의 사멸의 기작을 밝히기 위해, 로테논에 의해 유도된 도파민성 뉴런의 사멸을 조절하는 신호 전달을 확인하고, GSK3β 와 JNK를 매개한 로테논 유도 세포사멸이 일어나는 것을 보았다. 또한 미토콘드리아 복합체 I의 저해가 도파민성 뉴런의 손실과 파킨슨병의 증상을 유도하는지 검증하기 위해 미토콘드리아 복합체I을 이루는 Ndufs4를 발현하는 유전자를 도파민성 뉴런 내에서 제거한 마우스 모델로 분석했다. 미토콘드리아 복합체 I 활성이 감소되었음에도 불구하고, 도파민성 뉴런 내 Ndfus4 발현이 제거된 마우스에서 파킨슨병의 증상 중 하나인 운동성 저하와 흑질 내의 유의한 도파민성 뉴런의 손실은 나타나지 않았다. 그러나 우울증 행동을 나타냈다. 반면에, 로테논이 처리된 마우스들은 운동 장애와 흑질 내 도파민성 뉴런의 손실이 나타났다. 그래서 로테논에 의한 미세 소관의 불안정이 파킨슨병의 원인이 될 수 있을 것이라고 가설을 세웠다. 미세 소관의 안정화를 유지하는 역할을 하는 Tau 단백질은 로테논 처리된 세포 내에서 GSK3β의 활성화에 의해서 인산화 된다. 비정상적으로 Tau 단백질의 과도한 인산화는 미세소관에서 Tau 단백질이 떨어지고, 뉴런 내의 미세 소관의 불안정의 원인이 된다. 이전 연구에 따르면 Epothilone D는 효과적인 미세 소관 안정제로 쉽게 혈액 내 뇌장벽을 통과할 수 있다. 그리고 강하게 미세 소관을 중합하는 성질을 갖고 있다. 그 가설을 검증하기 위해, 도파민성 뉴런 내 Ndufs4 발현 제거된 마우스와 야생형 마우스에 로테논을 처리하여 Epothilone D의 효과를 시험하였다. Epothilone D는 로테논에 의한 도파민성 뉴런의 죽음에 보호 효과가 있었다. 그리고 로테논에 의해 유도된 운동 기능 이상과 기억력 손실이 도파민성 뉴런 내 Ndufs4 발현 제거된 마우스에서 Epothilone D 처리에 의해 완화 되었다. 그러므로 이 결과를 통해 미세 소관의 불안정은 파킨슨병 모델의 도파민성 뉴런의 사멸의 원인이 될 수 있고, 약물학적으로 미세 소관의 안정은 파킨슨병 치료의 새로운 전략이 될 수 있을 것이라 제안한다.
Parkinson’s disease (PD) is the second most common neurodegenerative disorder around the world. It has been implicated with microtubule dysfunction and axonal transport impairment. Rotenone is currently used as a pesticide and has been reported to cause degeneration of dopaminergic neurons in animal...
Parkinson’s disease (PD) is the second most common neurodegenerative disorder around the world. It has been implicated with microtubule dysfunction and axonal transport impairment. Rotenone is currently used as a pesticide and has been reported to cause degeneration of dopaminergic neurons in animal models and human. Rotenone has been well-known as an inhibitor of mitochondrial complex I. It also plays a role as a microtubule destabilizer. To identify the mechanisms of dopaminergic neuronal death, I tested rotenone-induced signals regulating neuronal cell death and found that GSK3β and JNK mediate rotenone-induced cell death. I also analyzed Ndufs4 (a gene encoding a subunit required function of mitochondrial complex I) conditional knockout (cKO) mice to demonstrate whether inhibition of mitochondrial complex I lead to the loss of dopaminergic neurons and behavioral symptoms of PD. Despite loss of mitochondrial complex I activity, motor deficits, which is one of the symptoms in PD, and significant loss of dopaminergic neurons in substantia nigra (SN) were not shown in Ndufs4 cKO mice. But, anxiety/depression-like behavior was observed in the cKO mice. On the other hand, rotenone-treated mice presented the motor-deficits and loss of dopaminergic neurons in the SN. Thus, I hypothesize that rotenone-induced microtubule instability would be a cause of PD. Tau, a microtubule stabilizer was phosphorylated by GSK3β in rotenone-treated cells. Abnormal hyper-phosphorylation of tau protein detaches from microtubules and causes the microtubule instability in neurons. To verify the hypothesis, I examined the effect of epothilone D (EpoD), an effective microtubule stabilizer, on rotenone-treated wild type (WT) or Ndufs4 cKO mice. EpoD had a protective effect on rotenone-induced death of dopaminergic neurons. Rotenone-induced motor dysfunction and memory deficits were restored by EpoD treatment in Ndufs4 cKO mice. Therefore, these data suggest that microtubule instability could be the cause death of dopaminergic neurons in PD models and pharmacological stabilizer of microtubule might be a novel approach for the treatment of the PD.
Parkinson’s disease (PD) is the second most common neurodegenerative disorder around the world. It has been implicated with microtubule dysfunction and axonal transport impairment. Rotenone is currently used as a pesticide and has been reported to cause degeneration of dopaminergic neurons in animal models and human. Rotenone has been well-known as an inhibitor of mitochondrial complex I. It also plays a role as a microtubule destabilizer. To identify the mechanisms of dopaminergic neuronal death, I tested rotenone-induced signals regulating neuronal cell death and found that GSK3β and JNK mediate rotenone-induced cell death. I also analyzed Ndufs4 (a gene encoding a subunit required function of mitochondrial complex I) conditional knockout (cKO) mice to demonstrate whether inhibition of mitochondrial complex I lead to the loss of dopaminergic neurons and behavioral symptoms of PD. Despite loss of mitochondrial complex I activity, motor deficits, which is one of the symptoms in PD, and significant loss of dopaminergic neurons in substantia nigra (SN) were not shown in Ndufs4 cKO mice. But, anxiety/depression-like behavior was observed in the cKO mice. On the other hand, rotenone-treated mice presented the motor-deficits and loss of dopaminergic neurons in the SN. Thus, I hypothesize that rotenone-induced microtubule instability would be a cause of PD. Tau, a microtubule stabilizer was phosphorylated by GSK3β in rotenone-treated cells. Abnormal hyper-phosphorylation of tau protein detaches from microtubules and causes the microtubule instability in neurons. To verify the hypothesis, I examined the effect of epothilone D (EpoD), an effective microtubule stabilizer, on rotenone-treated wild type (WT) or Ndufs4 cKO mice. EpoD had a protective effect on rotenone-induced death of dopaminergic neurons. Rotenone-induced motor dysfunction and memory deficits were restored by EpoD treatment in Ndufs4 cKO mice. Therefore, these data suggest that microtubule instability could be the cause death of dopaminergic neurons in PD models and pharmacological stabilizer of microtubule might be a novel approach for the treatment of the PD.
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