초록 ▼

◆ 연구배경 및 필요성 : 지연성 신경세포사멸delayed neuronal death은 1차적인 원인에 의한 세포사가 일어 난 1-7일 정도의 시간 경과 후, 신경세포가 서서히 죽어가는 현상으로 뇌졸중, 간질, 물리적 사고에 의한 뇌 및 척수 손상 등에서 관찰되나 아직 그 진행 과정 및 지연성 세포사의 유발 기전, 임상적 조절방법이 전무한 상태임. 본 연구자는 선행연구를 통하여 뇌졸중 동물모델에서 p38 MAPK가 재관류 2-4일이후에 지연성 활성화를 보이며, p38MAPKα와 p38MAPKβ가 뇌경색의 중심과 주변부에서, 또한 서

◆ 연구배경 및 필요성 : 지연성 신경세포사멸delayed neuronal death은 1차적인 원인에 의한 세포사가 일어 난 1-7일 정도의 시간 경과 후, 신경세포가 서서히 죽어가는 현상으로 뇌졸중, 간질, 물리적 사고에 의한 뇌 및 척수 손상 등에서 관찰되나 아직 그 진행 과정 및 지연성 세포사의 유발 기전, 임상적 조절방법이 전무한 상태임. 본 연구자는 선행연구를 통하여 뇌졸중 동물모델에서 p38 MAPK가 재관류 2-4일이후에 지연성 활성화를 보이며, p38MAPKα와 p38MAPKβ가 뇌경색의 중심과 주변부에서, 또한 서로 다른 종류의 글리아에서 발현되는 것을 관찰하였음. 이에 in vivo 동물모델을 사용하여 p38 MAPK 신호전달계의 각 아형들의 신경염증과정, 신경세포사멸, 글리아 활성화 및 보호효과와 연관된 선별적 기능에 대한 체계적 연구를 수행함.
◆ 최종연구목표 : 본 연구는 뇌졸중, 간질 등에 수반되는 지연성 신경세포사멸 과정에서 p38 MAPK와 αB-crystallin의 역할 및 그 작용 기전을 밝히기 위하여 ① 국소허혈 동물 모델에서 p38 MAPK의 활성화양상을 조사하고, ② p38α와 p38β의 선별적 역할을 조사하고, ③ 이 과정에서 저분자량 열충격 단백질(small heat shock protein, sHSP) 인 αB-crystallin이 p38 MAPK의 하위인자로서의 역할을 조사하고, ④oxidative stress에 대하여 보호효과가 있는 것이 보고된 αB-crystallin이 p38β의 하위인자로서 작용할 가능성을 조사하였슴ㅁ.
◆ 연구내용 및 방법 : 본 연구는 허혈-재관류 과정에서의 p38 MAPK의 지연성 활성화의 기능을 조사하고자 하려는 것으로 뇌신경계에 발현되는 두종류의 p38MAPKs (p38 MAPKα와 p38 MAPKβ)가 뇌신경계의 서로 다른 부위의 다른 세포에서 유도되며, 결과적으로 선별적인 기능을 수행할 가능성을 조사하였슴 이를 위하여 뇌졸중 동물 모델인 rat MCAO 모델을 사용한 in vivo 실험과 C6 glioma 세포주를 사용한 in vitro 연구를 병행 사용하였으며 RT-PCR, Co-immunoprecipitation, kinase assay등의 생화학적 연구방법과 면역조직 화학 염색법, TTC 염색등의 조직학적 방법을 활용하였음.
◆ 연구 결과 : 1. p38 MAPK 신호전달계의 두 isoform인 p38Aalpha와 p38 beta는 허혈/재관류 후 뇌신경계에서 서로 상이한 발현 및 유도 양상을 보임. 즉, p38alpha는 경색 중심 부위의 microglia 세포에서 이재관류 후 이른 시기부터 유도되며, p38 beta는 경색 주변부위의 astrocyte에서 서서히 유도됨.
2. p38alpha는 microglia 활성화에 관여하여 허혈 후 뇌신경계에서의 염증반응에 관여하는 것으로 보임. SB 203580 투여를 통해 P38 MAPK 신호전달계를 억제하면, 허혈 경색의 형성이 현저히 억제되며 신경증적 행동손상도 현저히 억제됨. 이 과정에서 pro-inflammatory sytokine의 발현과 microglia의 활성 억제가 수반됨.
3. p38beta는 astrocyte에서 유도되어 저분자량 열충격단백질을 통하여 허혈 신경계에 보호 효과를 낼 가능성이 있음. p38beta는 저분자량 열충격 단백질중의 하나인 alphaB-crystallin과 동일 시기에 동일 세포에서 발현되며, 과발현 글리아세포주를 통한 실험에서 상호 조절 가능성과 세포 보호효과를 보였다.
4. αB-crystallin의 조절이 p38 MAPK ->MAPKAPK-2 -> αB-crystallin으로 연결되는 신호전달기전을 통하여 진행될 가능성이 있으며, 이때 p38 MAPKβ는 αB-crystallin의 PROCASPASE3 억제 기전을 통해 세포 보호작용을 수행하는 것으로 생각됨.

Abstract ▼

We have previously reported the delayed and differential induction of p38a and p38b MAPKs in microglia and astrocytes, respectively, in brain following transient global ischemia. Here we report the sustained induction and activation of p38a MAPK in activating microglia in rat brain after transient m

We have previously reported the delayed and differential induction of p38a and p38b MAPKs in microglia and astrocytes, respectively, in brain following transient global ischemia. Here we report the sustained induction and activation of p38a MAPK in activating microglia in rat brain after transient middle cerebral artery occlusion (MCAO). The intraventricular administration of SB203580, a p38 MAPK inhibitor, at 30 min before MCAO reduced the infarct volume to 50% of the control, which was accompanied by the significant improvement of neurological deficits. More interestingly, the infarct volume was reduced to 72% and 77%, when SB203580 was administered6 hrs and even 12 hrs after MCA occlusion, respectively. The induction of various factors involved in inflammatory processes, such as iNOS, TNF-a, IL-1band COX-2, was suppressed by the administration of SB203580 at 6 hrs after MCAO. These results suggest that sustained activation of p38 MAPK pathway and p38 MAPK associated inflammatory processes play a crucial role in postischemic brain.
AlphaB-crystallin (α-BC), known as a vertebrate lens protein, is a member of the small heat shock proteins (sHSP). α-BC is constitutively expressed in the vertebrate lens, and in non-ocular tissues including the central nervous system (CNS). Here, we investigated the expression of α-BC in rat brain following middle cerebral artery occlusion (MCAO). Transient induction of α-BC mRNA and protein was observed within 4 hr after MCAO/reperfusion in pyramidal neurons located in the penumbra of the ipsilateral cerebral cortex. Beginning 2 days after MCAO, significant α-BC induction appeared in reactive astrocytes induced in the penumbra, and this induction was sustained for several days. In addition, MAPKAPK-2, one of the α-BC upstream kinases, was activated from several hours after MCAO and peaked 1 day after ischemic/reperfusion injury. A co-localization study involving the co-immunoprecipitation of p-MAPKAP-K2 with α-BC indicated an association between MAPKAPK-2 activation and α-BC induction. Furthermore, p38 MAPKb, an isoform of p38 MAPKs, which is known to be involved in compensatory responses to stress, also showed co-localization with α-BC in penumbra astrocytes. Our findings suggest that the induction of α-BC in neurons and astrocytes in the penumbra may be regulated by p38 MAPKbeta and play a crucial role in the postischemic brain.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구개발결과 요약문 ... 3
• (한글) 뇌신경계 허혈-재관류 과정에서 p38 MAPK와 αB-crystallin의 상호 연관적 발현 및작용 기전 연구 ... 3
• (영문) Delayed co-induction of p38 MAPKs and αB-crystallin in rat brain after transient focal ischemia ... 4
• Ⅱ. 총괄연구개발과제 연구결과 ... 5
• 1. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 5
• 1.1 총괄연구개발과제의 목표 ... 5
• 1.2 총괄연구개발과제의 목표달성도 ... 7
• 2. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용, 결과 및 고찰 ... 8
• 3. 총괄연구개발과제의 연구 결론 ... 19
• 4. 사업화 목표 달성도 및 계획 (개발과제만 해당) ... 20
• 5. 총괄연구개발과제의 연구성과 ... 20
• 5.1 총괄연구개발과제의 연구결과 ... 20
• 6. 연구개발결과의 파급효과 ... 35
• 7. 첨부서류 ... 35