[보고서]알츠하이머병에서 FAM19A5의 기능규명

성재영

알츠하이머병에서 FAM19A5의 기능규명
(Final Report) Function of FAM19A5 in Alzheimer’s disease 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	고려대학교 Korea University
연구책임자	성재영
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2020-03
주관부처	과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT
등록번호	TRKO202000005102
DB 구축일자	2020-07-29
키워드	케모카인.알츠하이머.중화항체.아밀로이드플락.인지기능.동물모델.수용체.치료법개발.FAM19A5.

초록 ▼

□ 연구개요
FAM19A5 Knock-in 혹은 conditional Knock-out 마우스와 이용하여
1) 뇌에서 FAM19A5를 발현하는 세포 유형을 규명하고
2) 알츠하이머 동물 모델과의 교배를 통해 FAM19A5 단백질 발현의 저하가 AD 병리 및 생존율에 미치는 영향을 분석하고,
3) FAM19A5의 기능을 억제하는 항체를 AD 마우스에 투여하였을 때 AD 병리 및 인지기능 개선에 미치는 영향을 분석하고,
4) FAM19A5와 결합하는 수용체를 매개한 세포내 신호전달을 규명하고자 함

□ 연구 목표대비 연구결과
1) FAM19A5-lacZ knock-in (KI)생쥐모델을 이용하여 FAM19A5의 발현세포 규명 → 신경세포에서 주로 발현되며 및 성상교세포 및 희소돌기아교전구세포에서 발현됨, 특히 뇌손상 모델에서 FAM19A5의 발현이 증가됨을 관찰함
2) FAM19A5 KI 생쥐와 알츠하이머 동물모델과의 교배를 통한 FAM19A5 기능 규명 → FAM19A5-lacZ KI 마우스는 특성분석 FAM19A5 partial knock-out 특징이 있어 FAM19A5 단백질 발현이 감소되어 있음. APP/PS1 마우스 교배 하였을 때 AD 조직 병리 (아밀로이드 플라크 감소) 및 AD 마우스 생존율을 증가시킴
3) FAM19A5 conditional Knock-out 생쥐모델을 제작 및 특성 분석 →Nestin-CRE/FAM19A5 KO마우스와 알츠하이머 동물모델과의 교배하였을 때 아밀로이드 플락, 반응성 성상교세포증식, 염증반응 미세아교세포 활성이 오히려 증가함.
이는 이러한 conditional Knock-out 모델이 FAM19A5의 기능을 관찰하는데 적절하지 않았기 때문. Nestin은 주로 GFAP를 발혀하는 세포에서만 발현됨
4) FAM19A5 항체 처리에 의한 AD 마우스에서 조직병리 및 인지기능 평가 → 반응성 성상교세포증, 아미로이드 플락, 미세아교세포 감소하는 조직병리학적 개선 및 인지기능이 향상됨을 관찰함.
5) FAM19A5와 수용체 분석 및 세포내 신호전달 기전 분석 → FAM19A5와 결합하는 수용체-A 복합체을 과발현한 세포에서 세포안 함입 및 형광 표지된 FAM19A5가 결합하는 뇌세포 유형 조사.

□ 연구개발결과의 중요성
가) 알츠하이머병 관련된 시장규모/성장세 및 새로운 치료제 개발을 통한 시장 선점효과: FAM19A5 항체는 알츠하이머병 치료제로 개발될 가능성이 제시되며, 알츠하이머병의 조기 진단이 가능함. 따라서 이에 대한 정확한 과학적 근거 제시를 통해, 알츠하이머병에서 새로운 치료제 시장에서 선점효과가 있음.
나) FAM19A5 항체를 이용한 알츠하이머병 치료제 개발의 과학적 근거 제시: FAM19A5 항체는 알츠하이머 동물모델에서 아밀로이드 플락 감소 및 동물의 인지 기능효과가 관찰됨. FAM19A5의 수용체로서 human OFR2를 매개한 신호전달을 분석함으로써 그 작용 기전을 규명함으로서 FAM19A5 단일클론 항체의 약물로서의 과학적 근거 제시가 가능함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

표지 ... 1
연구결과 요약문 ... 2
목차 ... 3
1. 연구개발과제의 개요 ... 4
가) 연구배경 ... 4
나) 연구목적 ... 5
다) 연구내용 ... 5
2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
가) FAM19A5-lacZ knock in 마우스 모델을 이용하여 FAM19A5 발현 양상 규명 ... 6
나) FAM19A5-lacZ KI 마우스와 알츠하이머 동물 모델(APP/PS1)과의 교배를 통한 FAM19A5 기능 규명 ... 8
다) FAM19A5 conditional KO 마우스를 이용한 FAM19A5의 기능 분석 ... 9
라) FAM19A5 항체를 이용한 알츠하이머 동물모델에서 FAM19A5에 의한 신경교식증의 역할 규명 ... 10
마) FAM19A5는 수용체-A 복합체와 결합하여 세포안으로 함입됨 ... 15
3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
가) 알츠하이머병 관련된 시장규모/성장세 및 새로운 치료제 개발을 통한 시장 선점효과 ... 17
나) FAM19A5 항체를 이용한 알츠하이머병 치료제 개발의 과학적 근거 제시 ... 18
4. 참고문헌 ... 18
5. 연구성과 ... 19
대표적 연구실적 ... 20
끝페이지 ... 24

표/그림 (17)

표 FAM19A5-knock in 마우스를 이용한 발생과정 및 성체시기의 FAM19A5 발현 분석: (A) Schematic diagram of the FAM19A5-LacZ KI mouse gene construct. (B) Whole embryo X-gal staining at embryonic days E10.5, E12.5 and E14.5 of FAM19A5-LacZ KI homozygote (+/+) mice. (C) Comparison of sagittal views between X-gal staining (left) and in situ hybridization pattern (right) at E14.5. (D) FAM19A5 expression in the germinal zones; ventricular zone (VZ), subventricular zone (SVZ) and ganglionic eminence (GE). (E) X-gal staining for coronal brain sections at postnatal stages P4.5, P10.5, P15.5, and P20.5. For detail, please see Shahapal, et al. 2019
표 마우스 및 인간뇌의 세포형에서 FAM19A5 발현 (A) X-gal staining combined with immunofluorescence staining for cell type-specific markers of the adult FAM19A5-LacZ KI (+/+) mouse brain. Brain sections incubated for 24 h in X-gal solution were immunostained for cell markers, including NeuN, GFAP, NG2, and Iba1. X-gal fluorescence signals were observed in subpopulations of neurons (NeuN), astrocytes (GFAP), oligodendrocyte precursor cells (NG2), and microglia (Iba1). For detail, please see Shahapal, et al. 2019 (B) FAM19A5 transcript levels in the prefrontal cortex of the post-mortem human brain. Data for FAM19A5 transcript levels were retrieved from a recent article (Mathys et al., 2019). Cells are divided into 6 distinct types, excitatory neuron (ExNeu), inhibitory neurons (InNeu), astrocytes (Ast), oligodendrocyte (Oli), oligodendrocyte precursor cell (OPC), and microglia (Mic). Expression levels are compared between no AD pathology (NP) and early AD pathology (EP) groups. * represents statistical significance vs. NP
표 마우스 TBI 모델에서 FAM19A5 유전자 발현 증가. TBI increased X-gal staining in the FAM19A5-LacZ knock-in (+/+) mouse brain. X-gal staining of the naïve and injured brain at 7 days after TBI (TBI7D). (A,B) Number of X-gal dots in the cortex (A) and corpus callosum (B). (C) qRT-PCR analysis of FAM19A5 mRNA levels in the cortex and corpus callosum of naïve and TBI-induced mice. Values are the means±standard errors of the mean. ∗∗P < 0.01 vs. naïve (naïve, n = 9; TBI, n = 12). For detail, please see Shahapal, et al. 2019 (B)
표 FAM19A5-knock in 마우스를 이용한 알츠하이머 모델에서의 FAM19A5 기능 분석. Decreased FAM19A5 protein expression in the brain of FAM19A5-LacZ knock-in mice and increased survival rate of APP/PS1 mice with FAM19A5-LacZ (+/-). (A) Western blot analysis for FAM19A5 protein from the brains of male (♂) and female (♀) wild-type and FAM19A5-LacZ knock-in heterozygote (+/-) and homozygote (+/+) mice. (B) Reduced bodyweight in FAM19A5-LacZ knock-in homozygote (+/+) mice but not in heterozygote (+/-) mice. (C) Attenuation of plaque formation in APP/PS1/FAM19A5-LacZ (+/-) mice. Values represent means ± SEM, n=4 group. *p < 0.05 vs APP/PS1 mice. (D) Percent of survival for APP/PS1 and APP/PS1/FAM19A5LacZ+/- mice. Mouse survival rate was assessed for 45 weeks period
표 FAM19A5-LacZ KI 및 Nestin-CRE:FAM19A5 마우스와의 알츠하이머 동물모델과의 교배를 통한 FAM19A5의 기능 분석
표 FAM19A5-LacZ KI 마우스에서 X-gal염색이 되는 세포 형의 분포
표 알츠하이머 모델에서의 FAM19A5 농도 증가 및 중화항체 주입 실험과정
표 FAM19A5 항체에 따른 성상세포 증식증의 감소
표 FAM19A5 항체에 따른 아밀로이드 플라크의 감소
표 FAM19A5 항체에 따른 활성화된 미세아교세포의 감소
표 FAM19A5 항체에 따른 사물인지 기능 개선
표 FAM19A5 항체에 따른 공간인지 기능 개선
표 AD 환자 (A) 및 마우스 (B) 뇌조직에서 유전자 발현 변화. (A) Human neuron-enriched transcript levels in the prefrontal cortex of post-mortem human brain were retrieved from a recent article (Mathys et al., 2019). Detailed data are displayed in Supplementary Figures 1-22. Transcripts in each gene cluster including 5 immediate early gene (IEG), 8 RNA polymerase II genes, 7 transcription elongation genes, 33 ribosomal protein genes, 73 mitochondrial ribosomal protein, 74 NADH dehydrogenase genes, 12 mitochondrial complex III genes, 24 cytochrome c oxidase genes, 9 ATP synthase genes, 15 neuronal structure genes are collected and their expression levels are compared between no AD pathology (NP) and early AD pathology (EP) groups. * represents statistical significance vs. NP. (B) Changes in gene expression level are examined by RNA-seq analysis using 5xFAD AD mice administered with FAM19A5 antibody NS100 (5 mg/kg) intravenously. The cortex and hippocampus samples were obtained 1 day or 5 days after NS100 administration
표 AD 환자 (A, C, E, G) 및 마우스 (B, D, F, H) 뇌조직에서 유전자 발현 변화. (A) Human neuron-enriched transcript levels in the prefrontal cortex of post-mortem human brain were retrieved from a recent article (Mathys et al., 2019). Detailed data are displayed in Supplementary Figures 1-22. Transcripts in each gene cluster including 5 immediate early gene (IEG), 8 RNA polymerase II genes, 7 transcription elongation genes, 33 ribosomal protein genes, 73 mitochondrial ribosomal protein, 74 NADH dehydrogenase genes, 12 mitochondrial complex III genes, 24 cytochrome c oxidase genes, 9 ATP synthase genes, 15 neuronal structure genes are collected and their expression levels are compared between no AD pathology (NP) and early AD pathology (EP) groups. * represents statistical significance vs. NP. (B) Changes in gene expression level are examined by RNA-seq analysis using 5xFAD AD mice administered with FAM19A5 antibody NS100 (5 mg/kg) intravenously. The cortex and hippocampus samples were obtained 1 day or 5 days after NS100 administration
표 FAM19A5-A488과 결합하는 수용체 A 복합체
표 FAM19A5에 의해 활성이 억제되는 수용체-A 복합체
표 뇌에서 FAM19A5에 반응하는 세포 유형. Immunohistochemical analysis for a variety of cell marker in the mouse brain treated with FAM19A5-A488. Five days after traumatic brain injury (TBI), FAM19A5-A488 was stereotaxically administered into the TBI region for 1 day. (A) Neuronal cells that uptake FAM19A5-A488 (green) can be determined by nuclear morphology stained with Hoechst. The brain sections were further immunostained with anti-NG2 for OPC (B) and pericyte (E), anti-IBA1 for microglia (C) and GFAP for astrocyte (D) antibody. Arrowheads indicate regions that are labeled with FAM19A5-A488 within cells stained with cell-specific marker (red). Dashed line in (C) indicates the border between injury core and penumbra. Scale bar, 50 μM

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