초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
최근 본 연구팀이 PI3K/Akt 신호전달계를 정/역방향으로 각각 조절하는 신규 조절인자로 Ebp1 이소형 단백질를 발굴한 바, 본 과제는 PI3K/Akt 신호전달계 이상이 뇌발달장애에 핵심적인 역할을 한다는 동물 모델 및 뇌발달장애 환자 관련 연구 결과를 바탕으로신규 PI3K/Akt 신호전달계 조절인자인 Ebp1 이소형 단백질에 의한 PI3K/Akt 발현조절과 신호기능을 분석하여 뇌발달 과정에서 정상적 시냅스 형성과 신경회로망 구축 이상으로 인한 뇌발달장애 (뇌형태장애와 뇌기능장애)의 원인을 규명하고

□ 연구의 목적 및 내용
최근 본 연구팀이 PI3K/Akt 신호전달계를 정/역방향으로 각각 조절하는 신규 조절인자로 Ebp1 이소형 단백질를 발굴한 바, 본 과제는 PI3K/Akt 신호전달계 이상이 뇌발달장애에 핵심적인 역할을 한다는 동물 모델 및 뇌발달장애 환자 관련 연구 결과를 바탕으로신규 PI3K/Akt 신호전달계 조절인자인 Ebp1 이소형 단백질에 의한 PI3K/Akt 발현조절과 신호기능을 분석하여 뇌발달 과정에서 정상적 시냅스 형성과 신경회로망 구축 이상으로 인한 뇌발달장애 (뇌형태장애와 뇌기능장애)의 원인을 규명하고 신경세포기반 신호전달계 이상을 동물모델과 뇌발달장애 환자샘플로 확대, 검증하여 뇌발달 제어기전과 조절인자를 규명하여 뇌기능회복에 기여하고자 하였음.

□ 연구개발성과
1) 발생 중 PI3K/Akt/Radixin signaling이 신경세포 성장에 미치는 영향을 연구하여 발생 중 PI3K/Akt 신호전달계에 의한 신경세포의 축삭 성장과 축삭 안정성에 다른 시냅스 기능 안정화 강화기전을 규명하여 그 결과를 기반으로 신호전달 조절을 통한 뇌발생 장애 제어연구에 화용하고자 함.
2) 뇌특이적 EBP1 결손마우스의 뇌발달 단계별 구조와 기능 분석한 결과 EBP1의 발현이 정상적인 신경세포의 생존과 증식에 필수적이며 이 유전자의 결핍은 신경세포 사멸과 뇌발달장애를 초래하는데 이는 EBP1이 뇌발달 초기단계에서 히스톤 메틸화효소(Suv38H1)와 DNA메틸화 효소(DNMT1)의 전사조절을 통해 뇌발달에 필요한 유전자의 발현을 촉진하고 불필요한 유전자의 발현을 억제하는 역할을 하기 때문임을 규명하였음. 또한 EBP1의 결핍으로 후성유전조절 실패로 인한 유전자발현억제와 그로 인한 신경세포사멸이 일어나고 있는 뇌조직에 AAV2-EBP1의 도입은 정상적 유전자발현 상태로 복구하고 신경세포의 사멸을 제어하였음.
3)신경발달의 중요한 신호전달 조절인자인 Akt의 세 가지 이소형 단백질 중 Akt3가 SIAH E3 ligase에 의하여 유비퀴틴화 되어 UPS 의존적으로 단백질 분해되는 기전을 규명하였으며 이는 시냅스 형성 과정 중 불필요한 축삭성장과 시냅스를 제거하는데 중요한 기전임. 뇌조직 특이적 돌연변이로 보고된 Akt3 E17K는 SIAH1에 의해 분해되지 않음으로 인해 부적절한 신경발달/비정형적 뉴런을 형성하여 뇌발달장애를 초래 할 수 있음을 제시하였음.

□ 연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
- 대뇌피질과 해마의 신경세포 대상 PI3K/Akt 신호 조절에 따른 시냅스 기능분석 연구결과 중 일부를 국제SCI급 저널에 투고하여 리뷰 과정 중에 있음.
- Ebp1 결핍 마우스의 신경발생 단계별 PI3K/Akt 신호전달계 분석을 위한 마우스 교배 밀 실험을 성실히 수행하고 있으며 현재까지의 결과들은 ebp1이 정상적 뇌발달의 중요 인자이며 특히 발생 초기 mid/hind brain development 에 있어 key regulator 일 것을 추측하게 함.
- 자폐증을 포함한 발달성 뇌질환 환자유전자 분석과 관련 유전자 변이를 가진 환자유래세포, 동물모델 확립을 통해, 유전자 분석 기반 개인맞춤형치료 (personalized treatment) 원리에 기반한 맞춤형 치료법 개발 비임상 결과를 생산할 것임.
- 기초의과학 연구 결과의 임상의학 적용을 위한 학문적 토대의 형성과 이상적인 학제간 연구모델을 만들어향후 뇌신경 연구 집단의 발전에 기여하게 되어 연구분야의 전반적인 활성 기대.

(출처 : 요약문 12p)

Abstract ▼

□ Purpose&Contents
A growing body of evidence including animal models and patients with brain developmental disorders, showed that Ebp1 isoforms may play a critical roles in neural development. As we has created a mouse model of Ebp1 deletion, which shows reduced brain weight, delayed growth and

□ Purpose&Contents
A growing body of evidence including animal models and patients with brain developmental disorders, showed that Ebp1 isoforms may play a critical roles in neural development. As we has created a mouse model of Ebp1 deletion, which shows reduced brain weight, delayed growth and behavioral phenotypes consistent with phenotypes observed in individuals with SZ or ASD, we havedetermined the controlling mechanism of neural development that might beregulated by PI3K-AKT-Ebp1 signaling employing knock out models and disease models of Ebp1 and its possible application for neurodevelopmental disorders or neural damage.

□ Results
1) During the differentiation of hippocampal neurons, Akt-mediated radixin phosphorylation is essential for radixin function in the growth cone, including proper neurite outgrowth and F-actin binding. We propose that radixin is a novel substrate and binding partner of Akt and that Akt-mediated radixin phosphorylation is an important regulator of intrinsic neurite growth in developing neurons. The regulation of radixin protein stability by Akt signaling may provide a mechanistic basis for understanding the contributions of radixin−F-actin dynamics to neural development.
2) Ebp1 deletion causes developmental defects with massive cell death and cessation of cell proliferation through dysregulation of epigenetic gene silencing unit, a Suv39H1/DNMT1 axis. Our study indicates that EBP1 regulates global gene expression in at least two ways. First, EBP1 acts as a transcriptional repressor for the gene expression of DNMT1, allowing the escape of the repressive chromatin state. Second, EBP1 potentially provides a key interaction by binding the promoter region of the target gene inhibiting binding of DNMT1 at the target gene such as Survivin, allowing gene expression. Hence these findings provide a molecular explanation for EBP1 function in cell survival and transcriptional regulation by modulating epigenetic regulators during development.
3) Siah1 acts as an E3 ligase that ubiquitinates and degrades Akt3, thereby leading to the proper distribution of Akt3 in neural development. A somatic mutation of Akt3-E17K that is known to enrich in FMCDs disrupted the interaction with Siah1 and enhanced its protein stability, thereby leading to abnormal neural development with excess numbers of neurons and enlarged soma with multiple neuritis in the developing brain.

□ Expected Contribution
- Uncover an essential role for EBP1 in embryonic development and implicate its function in transcriptional regulation.
- Provides molecular mechanism of how EBP1 contributes to control gene-silencing unit to govern proper cellular gene expression during development.
- Investigation of EBP1 on developmental disorders in human involved in epigenetic diseases may inform therapeutic strategies to restore balancing of gene expression.
- Our data encountered one possible explanation how Akt3-E17K mutation might acquire enhanced life expectancy of protein and mislocalization in over-growing neuritis for the brain pathology. Further studies should facilitate possible targeted design of future human clinical trials.

(source : SUMMARY 13p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 보고서요약 ... 2
• 제 출 문 ... 10
• 보고서 요약서 ... 11
• 국문 요약문 ... 12
• SUMMARY ... 13
• 목차 ... 14
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 15
• 1-1. 연구개발 목적 ... 15
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 15
• 1-3. 연구개발 범위 ... 16
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 17
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 19
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 30
• 4-1. 목표달성도 ... 30
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 30
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 31
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 31
• 7. 연구개발성과의 보안등급 ... 32
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 32
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 33
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 34
• 11. 기타사항 ... 34
• 12. 참고문헌 ... 35
• 끝페이지 ... 36