초록 ▼

연구의 목적 및 내용
중독성 약물에 만성적으로 노출된 동물은 도파민 회로의 작용에 이상을 일으킨다. 모든 중독성 약물은 보상을 담당하는 뇌 부위인 중격 의지핵에서 도파민의 방출량을 증가시키며, 이와 함께 일어난 신경세포의 생리학적/생화학적 변화는 긴 시간이 지나도 사라지지 않아 약물 중독이라는 정신 질환을 일으키는 원인이 된다.
본 연구과제에서는 코카인 중독의 메커니즘을 규명하고 약물 중독 치료법 개발을 위한 이론적 기반을 제시하기 위해, 유전자 변형 생쥐를 이용하여 도파민 D1 수용체와 도파민 D2 수용체를 발현하는 신

연구의 목적 및 내용
중독성 약물에 만성적으로 노출된 동물은 도파민 회로의 작용에 이상을 일으킨다. 모든 중독성 약물은 보상을 담당하는 뇌 부위인 중격 의지핵에서 도파민의 방출량을 증가시키며, 이와 함께 일어난 신경세포의 생리학적/생화학적 변화는 긴 시간이 지나도 사라지지 않아 약물 중독이라는 정신 질환을 일으키는 원인이 된다.
본 연구과제에서는 코카인 중독의 메커니즘을 규명하고 약물 중독 치료법 개발을 위한 이론적 기반을 제시하기 위해, 유전자 변형 생쥐를 이용하여 도파민 D1 수용체와 도파민 D2 수용체를 발현하는 신경세포를 구분하며 관찰, 분석했다. 전기생리학적 분석인 whole-cell recording을 이용해 약물로 유도된 변화가 특정 세포 타입에 국한된다는 사실을 규명하였으며, 형광 이미징을 이용해 신경세포 수상돌기의 spine density의 변화 또한 분석하였다. 마지막으로, 도파민 D2 수용체 표지용 유전자 변형 마우스인 Drd2-EGFP 마우스에서 일어난 이상 행동이 zygosity에 의해 다르게 발현되는 것임을 증명하였다.
연구결과
I. 코카인 장기 노출에 따른 뇌세포의 전기 생리학적 변화 (이온채널의 양적·기능적 변화)
- 동물 모델을 이용 코카인의 단기·장기 노출 및 행동 실험 방법을 확립하고, 뇌에서 보상 심리를 담당한다고 알려진 중격의지핵 신경 세포에서 cell patch-clamp를 이용 전기 생리학적 실험 패러다임을 확립
- 세포의 흥분성(excitability) 및 휴지막 전위(resting membrane potential)를 조절한다고 알려진 inward rectifying potassium channel (Kir) 등 각종 이온채널의 기능적 변화 고찰
II. 코카인 중독에 인한 중격의지핵 세포의 신경 세포 타입-특이적 생화학적, 전기 생리학적 변화
- 도파민 수용체 D1, 또는 D2 (Drd1a or Drd2)의 promoter에 의하여 EGFP를 표지자가 발현하도록 만든 유전자변형 생쥐를 이용한 실험 기법 확립
- 코카인을 반복적으로 주사했을 경우 뇌의 중격의지핵 세포에서 일어나는 여러 가지 기능적 변화 (생화학적, 전기 생리학적 양상의 차이)가 어떤 세포에서 특정하게 유도되는 지 규명
III. 선조체의 부위별 medium spiny neuron의 활성화 정도 및 구조 변화 분석
- 배측 선조체, 중격의지핵의 core, shell 부위에서 코카인 주사 시 신경활성(neuronal activity)이 증가하는 신경세포의 밀도를 관찰
- 신경회로 및 neuronal ensemble 조절을 통한 약물 중독 행동 억제 연구를 위한 실험적 기반 마련
IV. Drd2-EGFP 유전자변형 마우스의 코카인 과민 행동 분석
- Homozygous와 heterozygous Drd2-EGFP 마우스의 코카인에 중독 관련 행동 차이 분석
- 행동 차이를 설명하는 전기생리학적 메커니즘으로서 세포타입 특이적 흥분도 감소 관찰
연구결과의 활용계획
- 각 뇌구조에 존재하는 서로 다른 종류의 신경 세포의 약물 반응을 독립적ㆍ통합적으로 고찰
- 코카인 중독에 대한 생화학적·생리학적 변화 및 기능적 이해 증진
- 중독 치료를 위한 분자표적을 제공하여 중독 치료와 재활과 관련된 이론적 기반 조성
- 다른 중독현상 (마약류, 알콜, 니코틴, 카페인, 도박 등) 연구에 파급효과
- 중독 분자기전에 대한 규명은 현재 세계 신경생물학 및 의학계의 초미의 관심사이므로 연구성과를 통하여 '세계적 인지도 증진' 가능
- 신경계의 도파민 반응 세포의 작용기작을 이해함으로써 그에 의해 조절되는 인지, 감정, 쾌감, 기분 등의 '상위 뇌기능의 분자수준에서의 이해'를 증진
- 종래의 유전자변형 마우스의 약물 중독 연구에서의 활용 가능성 재검증
- 신경과학 연구의 세계적 추세인 시스템 신경과학 후속연구를 위한 실험적 기초 마련

Abstract ▼

Purpose& contents
Chronic exposure to the drug of abuse inhibits normal regulation of animal's dopamine pathway. Most drug of abuses increase the amount of dopamine release in the nulceus accumbens. Simultaneously occurred alterations in physiological and biochemical properties in neurons is ofte

Purpose& contents
Chronic exposure to the drug of abuse inhibits normal regulation of animal's dopamine pathway. Most drug of abuses increase the amount of dopamine release in the nulceus accumbens. Simultaneously occurred alterations in physiological and biochemical properties in neurons is often interpreted as long-lasting memory. These alterations are the cause of drug addiction, a psychiatric disorder which is already producing lots of social cost.
Idendifying a mechanism of cocaine addiction and suggesting a theoretical basis for a novel therapeutic strategy are the major goals of this project. For this, we took advantage of a couple of transgenic mice line to analyze cocaine-induced alteration of neuronal properties in a cell-type specific manner. We used whole-cell recording as a major method, and reported that each cocaine-induced alterations is limited to D1R- or D2R-expressing cells. Furthermore, using fluorescence-prortein expressing virus, we observed cell-type specific change in cocaine-induced increase of dendritic spine density. Finally, we validated that rapid reponse to cocaine in homozygote Drd2-EGFP is due to the gene-dose effect, confirming significant difference in cocaine-induced behavioral sensitization using homozygous and heterozygous mice.
Result
I. Electrophysiological change induce by chronic exposure to cocaine (quantitative and functional alteration of ion channels)
- We established an experimental paradigm of behavioral studies for both acute and chronic cocaine exposure and of electrophysiological study from the medium spiny neurons of the nucleus accumbens.
- We studied the differences of inward rectifying potassium channel (Kir) which is regarded as an important regulator of cell excitability and resting membrane potential .
II.Cocaine-induced neuroadaptation of neurons in cell type-specific manner
- Transgenic mouse models which express EGFP under control of promoter of either dopamine receptor D1 or D2 are used.
- After chronic exposure of cocaine, we assess which differences each type of nucleus accumbens medium spiny neurons exhibits.
III. Analysis of cocaine-induced structural plasticity and neuronal activity in medicum spiny neurons
- Cocaine-induced structural plasticity was analyzed in a cell-type and a projection specific manner.
- Difference in neuronal activity after cocaine or saline injection was determined by c-fos immunostaining.
- Rationale for the further systems neuroscience research was suggested.
IV. Analysis of rapid response to cocaine in Drd2-EGFP mice
- We have found rapid response to cocaine as a result of Drd2's gene-dose effect using homozytous and heterozygous mice.
- Cell-type spefiic depression of intrinsic excitability was reported in a specific timing to behavioral sensitization.
Expected Contribution
- Investigation for differential drug-effects of distinct populations of neurons
- Understanding about physiological and functional aspects of cocaine addiction
- Provision of molecular targets for drug addiction and promotion of social and public health
- Positive influence for the other addiction research (narcotic, alcohol, caffeine, game)
- Enhanced recognition in world-wide scientific community
- Contribution to understanding higher brain functions by investigation of dopamineric pathways involved in control of cognition, emotion and pleasure
- Confirming compatibility of a transgenic mouse model in drug addiction research
- Supporting theoretical basis with observations from pilot experiment for further systems neuroscience research

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 19
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 19
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 20
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 21
• 8. 참고문헌 ... 21
• 9. 연구성과 ... 23
• 10. 기타사항 ... 24