미토콘드리아 억제제 rotenone에 의한 쥐의 뇌실 하 영역 신경 줄기 세포의 증식과 신경 세포로의 분화 억제 Inhibition of Proliferation and Neurogenesis of Mouse Subventricular Zone Neural Stem Cells by a Mitochondrial Inhibitor Rotenone원문보기
미토콘드리아는 세포안에서 에너지 공급, 칼슘 이온 저장, 활성산소 생성, 세포 자살과 같은 다양한 기능을 수행한다. 이러한 기능을 통해, 미토콘드리아는 줄기세포의 유지, 증식, 그리고 분화에 관여한다. 뇌에서 뇌실 하 영역(subventricular zone, SVZ)에는 일평생 새로운 신경세포를 생성하는 신경줄기세포(neural stem cell, NSC)가 존재한다. 하지만, SVZ NSCs에서 미토콘드리아의 역할에 대한 연구는 많이 알려져 있지 않다. 이번 연구에서 우리는 미토콘드리아의 complex I 저해제인 rotenone이 SVZ NSCs의 증식과 분화를 다른 방식으로 방해한다는 것을 보여주었다. 증식 중인 신경줄기세포에서, rotenone은 세포분열을 감소시켰는데, 이때 세포분열은 히스톤 H3에 인산기가 붙어있는 지를 측정하여 확인하였다. Rotenone을 50 nM 농도로 증식 중인 신경줄기세포에 처리했을 때, 세포사멸은 발생하지 않았다. 한편, 분화 중인 신경줄기세포에 rotenone을 처리한 경우, 신경세포와 희소 돌기아교 세포(oligodendrocyte)으로의 분화가 억제되었고, glial fibrillary acidic protein (GFAP)를 발현하는 성상세포(astrocyte)에는 영향이 없었다. 흥미롭게도, 4-6일 동안의 분화 과정 동안 rotenone이 처리된 신경줄기세포에서 대조군 보다 더 많은 세포 수가 관찰 되었는데, 이는 증식 과정 중의 rotenone의 효과와 다른 것이다. 이에, 우리는 rotenone이 세포 자살은 감소시켰으나, 세포 분열에는 영향을 끼치지 않았음을 관찰하였다. 세포 자살의 경우는 cleaved caspase-3를 측정함으로써 확인하였다. 이러한 결과들은 SVZ 신경줄기세포의 증식과 분화 모두에 제대로 작동하는 미토콘드리아가 있어야 함을 제안하고 있다. 게다가, 이러한 과정에서 미토콘드리아는 세포 분열과 세포자살에 관여할 수도 있을 것이다.
미토콘드리아는 세포안에서 에너지 공급, 칼슘 이온 저장, 활성산소 생성, 세포 자살과 같은 다양한 기능을 수행한다. 이러한 기능을 통해, 미토콘드리아는 줄기세포의 유지, 증식, 그리고 분화에 관여한다. 뇌에서 뇌실 하 영역(subventricular zone, SVZ)에는 일평생 새로운 신경세포를 생성하는 신경줄기세포(neural stem cell, NSC)가 존재한다. 하지만, SVZ NSCs에서 미토콘드리아의 역할에 대한 연구는 많이 알려져 있지 않다. 이번 연구에서 우리는 미토콘드리아의 complex I 저해제인 rotenone이 SVZ NSCs의 증식과 분화를 다른 방식으로 방해한다는 것을 보여주었다. 증식 중인 신경줄기세포에서, rotenone은 세포분열을 감소시켰는데, 이때 세포분열은 히스톤 H3에 인산기가 붙어있는 지를 측정하여 확인하였다. Rotenone을 50 nM 농도로 증식 중인 신경줄기세포에 처리했을 때, 세포사멸은 발생하지 않았다. 한편, 분화 중인 신경줄기세포에 rotenone을 처리한 경우, 신경세포와 희소 돌기아교 세포(oligodendrocyte)으로의 분화가 억제되었고, glial fibrillary acidic protein (GFAP)를 발현하는 성상세포(astrocyte)에는 영향이 없었다. 흥미롭게도, 4-6일 동안의 분화 과정 동안 rotenone이 처리된 신경줄기세포에서 대조군 보다 더 많은 세포 수가 관찰 되었는데, 이는 증식 과정 중의 rotenone의 효과와 다른 것이다. 이에, 우리는 rotenone이 세포 자살은 감소시켰으나, 세포 분열에는 영향을 끼치지 않았음을 관찰하였다. 세포 자살의 경우는 cleaved caspase-3를 측정함으로써 확인하였다. 이러한 결과들은 SVZ 신경줄기세포의 증식과 분화 모두에 제대로 작동하는 미토콘드리아가 있어야 함을 제안하고 있다. 게다가, 이러한 과정에서 미토콘드리아는 세포 분열과 세포자살에 관여할 수도 있을 것이다.
Mitochondria have multiple functions in cells: providing chemical energy, storing cellular $Ca^{2+}$, generating reactive oxygen species, and regulating apoptosis. Through these functions, mitochondria are also involved in the maintenance, proliferation, and differentiation of stem/progen...
Mitochondria have multiple functions in cells: providing chemical energy, storing cellular $Ca^{2+}$, generating reactive oxygen species, and regulating apoptosis. Through these functions, mitochondria are also involved in the maintenance, proliferation, and differentiation of stem/progenitor cells. In the brain, the subventricular zone (SVZ) is one of the neurogenic regions that contains neural stem cells (NSCs) throughout a lifetime. However, reports on the role of mitochondria in SVZ NSCs are scarce. Here, we show that rotenone, a complex I inhibitor of mitochondria, inhibits the proliferation and differentiation of SVZ NSCs in different ways. In proliferating NSCs, rotenone decreases mitosis as measured through phosphorylated histone H3 detection; moreover, apoptosis is not induced by rotenone at 50 nM. In differentiating NSCs, rotenone blocks neurogenesis and oligodendrogenesis while glial fibrillary acidic protein-positive astrocytes are not affected. Interestingly, in this study there were more cells in the differentiating NSCs treated with rotenone for 4-6 days than in the vehicle control group which was a different effect from the reduced number of cells in the proliferating NSCs. We examined both apoptosis and mitosis and found that rotenone decreased apoptosis as detected by staining cleaved caspase-3 but did not affect mitosis. Our results suggest that functional mitochondria are necessary in both the proliferation and differentiation of SVZ NSCs. Furthermore, mitochondria might be involved in the mitosis and apoptosis that occur during those processes.
Mitochondria have multiple functions in cells: providing chemical energy, storing cellular $Ca^{2+}$, generating reactive oxygen species, and regulating apoptosis. Through these functions, mitochondria are also involved in the maintenance, proliferation, and differentiation of stem/progenitor cells. In the brain, the subventricular zone (SVZ) is one of the neurogenic regions that contains neural stem cells (NSCs) throughout a lifetime. However, reports on the role of mitochondria in SVZ NSCs are scarce. Here, we show that rotenone, a complex I inhibitor of mitochondria, inhibits the proliferation and differentiation of SVZ NSCs in different ways. In proliferating NSCs, rotenone decreases mitosis as measured through phosphorylated histone H3 detection; moreover, apoptosis is not induced by rotenone at 50 nM. In differentiating NSCs, rotenone blocks neurogenesis and oligodendrogenesis while glial fibrillary acidic protein-positive astrocytes are not affected. Interestingly, in this study there were more cells in the differentiating NSCs treated with rotenone for 4-6 days than in the vehicle control group which was a different effect from the reduced number of cells in the proliferating NSCs. We examined both apoptosis and mitosis and found that rotenone decreased apoptosis as detected by staining cleaved caspase-3 but did not affect mitosis. Our results suggest that functional mitochondria are necessary in both the proliferation and differentiation of SVZ NSCs. Furthermore, mitochondria might be involved in the mitosis and apoptosis that occur during those processes.
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문제 정의
Previously, inhibitory effects of rotenone on the generation of dopaminergic neurons from human iPSC have been reported [8, 23]. To our knowledge, our study is the first report that showed inhibition of neurogenesis and oligodendrogenesis in SVZ NSCs by rotenone. Since both neurons and oligodendrocytes are generated form transient-amplifying cells (so-called type C cells) in SVZ [1], it is tempting to think that rotenone might have blocked differentiation of type C cells either to neuroblasts or oligodendrocyte progenitor cells.
가설 설정
At 0, 1, 2, 3 days post treatment, cells were counted. C. Images from DMSO-treated cells for 1 day in N5 medium. Arrows indicate some of cells positive for histone H3 phosphorylated at serine 10 (pH3).
제안 방법
To investigate the mechanism how rotenone affected NSCs, immunocytochemistry was performed using antibodies against pH3, a hallmark of cell division (Fig. 1C). After 1-day treatment with 50 nM rotenone, 6% of cells were positive for pH3, while 8 % in the control group (Fig.
성능/효과
One-way ANOVA test followed by posthoc tests using Bonferroni corrected value was done and significantly different pairs of groups are indicated (*p<0.05).
후속연구
Our data are the first report that suggests the possible involvement of apoptosis in neuronal differentiation. Finally, more detailed mechanisms how functional mitochondria take part in or signal to NSCs for differentiation are needed for further investigation.
4D). Since this result seems to be contrast to the inhibitory effect of rotenone on NSC proliferation, it invites more investigation. First, cell division was examined using pH3 staining.
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