초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
자폐 스펙트럼 장애 환자에서 그 발현량이 현저히 감소해 있는 SCAMP5 단백질은 아직 중추 신경계에서 하는 주된 역할이 밝혀져 있지 않았다. 본 연구에서는 시냅스 전말단 특이적 SCAMP5의 발현 저해가 단기적 신경가소성 조절에 중요한 인자라는 것과 더불어 HFS (high frequency neuronal stimulation) 상황에서 release site clearance에 중요한 역할을 한다는 것을 밝혔음. 또한 이러한 조절 메커니즘은 대표적 endocytic protein인 AP2와의 상호

□ 연구의 목적 및 내용
자폐 스펙트럼 장애 환자에서 그 발현량이 현저히 감소해 있는 SCAMP5 단백질은 아직 중추 신경계에서 하는 주된 역할이 밝혀져 있지 않았다. 본 연구에서는 시냅스 전말단 특이적 SCAMP5의 발현 저해가 단기적 신경가소성 조절에 중요한 인자라는 것과 더불어 HFS (high frequency neuronal stimulation) 상황에서 release site clearance에 중요한 역할을 한다는 것을 밝혔음. 또한 이러한 조절 메커니즘은 대표적 endocytic protein인 AP2와의 상호작용을 통해 이루어질 것이라는 단서를 제공함으로써 향후 자폐 스펙트럼 장애 치료 연구에 활용 될 수 있을 것으로 사료됨.

□ 연구개발성과
○ 전기생리학적 실험방법을 이용하여, SCAMP5 knockdown 신경세포에서 나타나는 단기가소성 장애 현상을 규명하였음.
○ 광생리학적 방법을 통해 해마 신경 세포내 SCAMP5의 발현이 active zone에 fusion된 시냅스 소낭의 clearance (release site clearance)에 중요하다는 것을 밝힘.
○ Interactome study를 통해 SCAMP5와 상호작용할 수 있는 여러 endocytic protein을 screening하는데 성공하였으며, 대표적으로 clathrin 및 adaptor protein2가 SCAMP5와 endogenous하게 상호작용하고 있음을 규명하였음.
○ SCAMP5의 시퀀스 분석을 통하여 N-terminal 과 2/3 loop 부분에 각각 하나의 tyrosine-based cargo sorting motif (YXXΦ)가 존재하고 있음을 밝힘. 본 motif는 여러 선행 연구를 통해 AP2 subunit 중 하나인 μ2에 binding하는 것으로 알려짐.
○ 본 연구 결과 흥미롭게도 SCAMP5와 AP2-μ2의 상호작용은 tyrosine-based cargo sorting motif와 무관하게 이루어진다는 것을 밝혔음.
○ 추가 연구를 통해 이 상호작용에 중요한 것은 2/3 loop 양쪽의 transmembrane region과 phosphorylation에 의해 조절될 것으로 사료됨.
○ AAV injection을 통해 실제 in vivo brain에서 SCAMP5의 발현저해를 성공적으로 진행하였음. 또한 일부 hippocampal SCAMP5 knockdown rat에서 안구 출혈 및 hippocampal lesion이 발견됨.

□ 연구개발성과의 활용계획(기대효과)
○ Release site clearance는 새롭게 제시된 이론으로써 아직 이와 관련된 단백질이 잘 규명되지 않은 상태이며, 실제 시냅스 전말단에서 중요한 기전인지에 대해 논란이 있는 분야이나, 본 실험결과 기존에 그 역할이 잘 알려지지 않은 SCAMP5라는 단백질이 이에 중요하게 연관되어 있다는 것을 밝힘으로써 새로운 분야에 대한 실험적 증거를 제시 함.
○ 또한 이와 더불어 SCAMP5가 최근 밝혀진 자폐 스펙트럼 장애 연관 유전자라는 점에서 SCAMP5의 발현에 따른 일련의 신경세포 장애 현상과 자폐 스펙트럼 장애를 연관시킴으로써 자폐 스펙트럼 장애의 발병 원인 및 치료기전에 대한 새로운 아이디어를 제공할 수 있을 것으로 사료됨.

(출처 : 국문 요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose& Contents
SCAMP5 is a protein whose expression level is found to be reduced in Autism Spectrum Disorder patients, yet its main function in the central nervous system (CNS) has not been clearly investigated. This study has revealed not only that the expression level of presynaptic SCAMP5

□ Purpose& Contents
SCAMP5 is a protein whose expression level is found to be reduced in Autism Spectrum Disorder patients, yet its main function in the central nervous system (CNS) has not been clearly investigated. This study has revealed not only that the expression level of presynaptic SCAMP5 is the important factor in neuronal short term plasticity but also that this protein plays the critical role in release site clearance during high frequency neuronal stimulation (HFS). Through various experiments, the study has also found the interaction of SCAMP5 with AP2, one of the important endocytic proteins, as the main molecular mechanism for how SCAMP5 plays such roles in CNS, providing the helpful guidance for the direction of innovative research in Autism Spectrum Disorder.

□ Results
○ Through electro-physiological experiments, knockdown of SCAMP5 gene in neuronal cells was found to induce impairments in short term synaptic plasticity.
○ Through experiments using opto-physiological methods, it was revealed that the expression level of SCAMP5 in the hippocampal neuron is the critical factor in clearance of synaptic vesicles fused to the presynaptic terminal (release site clearance).
○ Interactome study enabled the discovery of various endocytic proteins, including clathrin and adaptor protein 2 (AP2) that interact with SCAMP5 endogenously.
○ Analysis of DNA sequence of SCAMP5 gene revealed the presence of tyrosine-based cargo sorting motif (YXXΦ), which binds to μ2 subunit of AP2, on each N-terminal and 2/3 loop of the SCAMP5 protein.
○ Through the further study on SCAMP5-AP2 binding, it was interesting to find that the SCAMP5 interacts with AP2 regardless of tyrosine-based cargo sorting motif.
○ Transmembrane regions on each side of 2/3 loop of SCAMP5 protein and their levels of phosphorylation were suggested as the important controller of SCAMP5-AP2 interaction.
○ AAV-virus injection experiment allowed our research group to successfully inhibit the expression of SCAMP5 in vivo in the rat brain. Subconjunctival hemorrhage and hippocampal lesion were observed in some of hippocamapal SCAMP5 knockdown rats.

□ Expected Contribution
○ Since release site clearance is relatively new theory in the studies of synapse, not many proteins have been identified as the players involved in this process. In the midst of many skeptical views on whether this theory actually fits as one of the important molecular phenomena in presynaptic terminals, our research group has discovered that SCAMP5 is strongly and specifically related to release site clearance, supporting this new theory with experimental evidence.
○ Together with the fact that SCAMP5 is the Autism Spectrum Disorder related gene, our finding that the impairment in the particular neuronal activity occurs in a SCAMP5 expression-dependent manner provides the new direction for identifying the mechanism of pathogenesis and therapy target for Autism Spectrum Disorder.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 1-1. 연구개발 목적 ... 7
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 7
• 1-3. 연구개발 범위 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 3-1. SCAMP5 knockdown virus 제작 및 신경세포로의 도입을 통한 발현억제 확인 ... 9
• 3-2. 전기생리학적 방법을 활용한 SCAMP5 knockdown 신경세포에서 나타나는 STD 확인 ... 9
• 3-3. 광생리학적 방법을 이용한 실시간 이미징 및 SCAMP5 발현 억제시 나타나는 신경세포 이상 규명 ... 11
• 3-4. SCAMP5와 상호작용하는 단백질 발굴 (Interactome study) ... 15
• 3-5. SCAMP5와 AP2의 상호작용 규명 ... 15
• 3-5. In vivo system으로의 응용 연구 ... 19
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 20
• 4-1. 목표달성도: 1년차 (2014-2015년) ... 20
• 4-2. 목표달성도: 2년차 (2015-2016년) ... 20
• 4-3. 관련분야 기여도 ... 21
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 22
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 23
• 7. 연구개발성과의 보안등급 ... 24
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 24
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 25
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 25
• 11. 기타사항 ... 26
• 12. 참고문헌 ... 26
• [별첨4] 실적 증빙자료 ... 27
• 끝페이지 ... 30