배아줄기 세포는 신경퇴행성 질환의 치료 수단으로 많은 가능성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 중풍 동물모델에서 수중미로 학습을 이용하여 중풍 치료제로서 인간배아줄기 세포의 인지 및 기억력 장애에 대한 기능 회복의 효능을 검토하였고, 인간배아줄기 세포의 신경세포 보호효과를 규명하기 위하여 면역조직화학 염색법을 이용하여 해마내의 세포사멸을 측정하였으며, 인지 및 기억증진의 작용을 규명하기 위하여 아세틸콜린성 신경세포의 활성도를 측정하였다. (중략)
해양심층수(deep seawater, DSW)는 청정성과 무기물질의 풍부함 때문에 여러 분야에 응용하기 위하여 최근 많은 관심을 받고있다. 본 연구에서는 동해 양양 부근의 해저 1,100 m에서 취수하여 역삼투압 시스템으로 탈염과 농축을 한 심층수가 배양한 흰쥐해마신경세포의 형태적 분화에 미치는 영향을 조사하였다. 10%(v/v) fetal bovine serum이 첨가된 MEM 배지에서 키운 세포와 비교할 때 25%(v/v) DSW이 포함될 경우 배양 17시간째에는 차이가 없었다. 그러나 DIV3, 7, 14, 및 17에 관찰하면 경도 0 및 200의 DSW가 포함된 배지에서 자란 신경세포는 가지돌기의 수가 현저히 줄었다. 반면에 경도 600의 DSW에서 자란 신경세포는 그 가지돌기의 수가 대조군과 비슷하였으며, 경도 1000의 경우는 대조군에 비하여 거의 2배 증가하였다. 이 결과는 적당한 경도의 DSW는 신경세포의 성장 및 건강을 돕는 것으로 해석된다.
뇌신경 변성 / 퇴행과 관련된 중요한 병인론 중의 하나는 변성 과정에서 형성된 유리기(free radical)로 인한 항산화계의 평형 소실로 알려져 있다. Aspalatone (APT)의 예상되는 항산화 효능을 검정하기 위하여 본 실험에서는 Kainic acid (KA) 유발 뇌변성 모델을 적용하였다. KA 모델은 변연계의 간질성 경련과 신경세포 변성에 대하여 재현성 있는 병변 모델을 제공해 주며, 이와 같은 신경세포의 병독 기전에 산소 유리기가 관여함이 강력히 시사되고 있기 때문이다. KA 투여로 인하여 지속적이고도 전형적인 간질성 경련이 관찰되고 1일 이내에 높은 치사율을 보였으나 APT으로 인하여 그 간질성 경련 행위와 비율이 억제되고 KA 유발 치사율도 억제되었다. 최종 KA 투여 3일 후에 얻어진 흰쥐 해마 및 대뇌 피질에서 항산화 효소인 Superoxide dismutase (SOD), Catalase (Cat.), Glutathione peroxidase (GSH-PX) 및 과산화지질의 지표인 Malondialdehyde (MDA)를 검정하였다. 대조군에 비하여 KA는 뇌조직의 SOD-1을 유도하였으나, Cat.와 GSH-PX의 활성은 현저히 유도되지 않았고, 반면에 MDA 치는 현저히 증가하였다. 즉, Cat., GSH-PX와 같은 $H_2O$$_2$중화제가 동반 유도하지 않는 SOD의 유도는 세포내 축적되는 $H_2O$$_2$로 인하여 Fenton/Haber-Weiss 반응을 가속화하여 과산화지질화를 촉진함을 시사한다. APT 병용 투여로 SOD는 현저히 유도되지 않았으나 특히 Cat.가 현저히 유도되어지고 MDA는 억제되었다. 이와 같은 생화학적인 결과는 다음의 형태학적인 소견과 일치한다. Fos 관련 항원 (FRA)와 SOD-1을 면역세포화학 (Immunocytochemistry)적 방법으로 이중 표식 (double-labelling) 하였다. FRA는 KA로 인한 신경세포의 자극에 대한 지표로 응용하였고, SOD-1은 퇴행성 뇌질환에서 산화적 손상의 지표로 사용하였다. KA 투여로 해마의 dentate gyrus (DG) 내에 강한 면역환성 (immunoreactivity)이 나타났고 pyramidal cell layer (PCL)와 glia에 SOD-1이 강하게 염색되었다. APT 병용 투여로 상당수의 경련이 일어나지 않은 흰쥐는 해마의 DG에 FRA가 경미하게 염색되었고, PCL에 SOD-1도 경미하게 나타났으나, 경련이 나타난 쥐에서는 KA만을 투여한 흰쥐와 구별되지 않았다. 이상의 APT의 항산화 효과는 KA로 인한 뇌세포 변성 개선에 중요한 인자로 작용할 것으로 사료되나, 보다 명확한 APT의 기전을 검색하고 직접 임상에 응응하기 위하여는 보다 다양한 실험 조건이 보완되어야 찰 것으로 생각된다.
목 적: 해마 절편 배양에서 산소-포도당 박탈(oxygen-glucose deprivation, OGD)에 의한 세포 사망과 신경 세포 사멸을 propidium iodide(PI) 섭취, Fluoro-Jade(FJ) 염색, TUNEL 염색, caspase-3 면역형광염색 방법으로 관찰하고자 하였다. 방 법: 생후 7일된 Sprague-Dawley 흰쥐의 해마를 MacIlwain chopper로 $350{\mu}m$ 두께의 절편으로 절단하였다. 해마 절편을 6-well plate의 insert 내의 반 유공(sem-porous) 막 위에서 membrane-interface technique으로 10일 동안 배양하였다. 배양된 해마 절편에 산소-포도당 박탈을 60분 동안 가한 후 재산소-재관류하에 기초 배양액에서 48시간 배양하였다. 재산소-재관류 동안 PI 섭취 형광 정도를 시간에 따라 형광 현미경으로 관찰하고 세포사망 백분율(percent cell death)을 측정하였다. 산소-포도당 박탈 직전과 24 시간 후에 해마 절편을 $15{\mu}m$ 두께로 냉동 절단 후 FJ 염색, TUNEL 염색, caspase-3 면역형광염색을 시행하여 세포 사망을 관찰하였다. 결과: OGD 후 PI 섭취 는 해마 절편의 CA1과 DG에 한정되어있었다. OGD 후 재산소-재관류 동안 6시간에서 48시간까지 PI 섭취 형광 강도는 시간이 증가함에 따라 증가하였다. 세포 사망 백분율은 CA1과 DG에서 모두 OGD 후 재산소-재관류 시간이 증가함에 따라 의미 있게 증가하였다(P<0.05). OGD 후 24시간에 세포 변성을 의미하는 많은 FJ 염색 양성 신경 세포 들이 CA1과 DG에서 관찰되었다. 고배율 confocal laser 현미경으로 관찰한 CA1에서의 신경 세포들 중 일부는 명확한 핵과 돌기를 가지고 있는 것을 보여 주었으며, 다른 신경 세포들은 핵의 분절화, 돌기의 손실 등을 보여 주었다. TUNEL 염색과 caspase-3 염색은 OGD 후 24시간에 CA1과 DA에서 TUNEL 양성 발현을 증가시키고 caspase-3 발현을 증가시켰다. 결 론: 해마 절편 배양에서 산소-포도당 박탈 에 의한 다수의 세포 사망을 관찰할 수 있었다. 사망한 세포 들은 주로 신경 세포의 caspase-3 활성화에 의해 매개된 사멸을 보였다.
전세계적으로 널리 복용되고 있음에도 불구하고 인삼이 중추신경계에 미치는 효과에 대한 세포수준에서의 증거는 별로 없다. 따라서 본 연구자들은 지금까지 보고된 30여종 이상의 ginsenosides 중에서 인삼 효과의 주된 활성성분으로 알려져 있는 Rb1과 Rg1을 이용해 해마신경전구세포의 분화와 증식에 미치는 효과를 연구하였다. 증식실험결과 Rb1과 Rg1을 3일 동안 해마신경전구세포에 처리하면 대조군에 비해 BrdU(+)세포수가 상당히 감소한 반면에 분화조건에서 Rb1과 Rg1을 처리했을 때는 신경세포특이적인 MAP2 단백질을 발현하는 세포수가 증가하였다. 전구세포의 신경세포로의 분화 결정에 관여한다고 잘 알려져 있는 proneural 전사인자인 Ngn1과 Hes1 유전자의 발현양상도 대조군에 비해 증가하였다. 따라서 본 연구 결과, ginsenoside Rb1과 Rg1은 해마신경전구세포의 증식을 감소시키고 대신 신경세포로의 분화를 촉진시킴으로써 해마신경발생에 관여함을 보여준다.
목 적 : 중증 측두엽간질환자와 kainic acid(KA)로 처리한 측두엽간질 동물모델에서 해마 치아이랑의 사이신경세포가 소실된다. 측두엽간질 마우스모델인 마우스해마의 기관형 배양에 의한 KA 간질모델에서 parvalbumin(PV)항체를 이용한 면역조직화학법으로 치아이랑에 분포하는 PV 면역반응성 사이신경세포를 감별염색하여 세포체 및 그 가지돌기의 형태학적 변화를 관찰함으로써 측두엽간질의 병태생리의 일단을 규명하고자 한다. 방 법 : 실험적 간질 모델은 C57/BL6 마우스의 해마박편을 이용한 기관형 배양에서 $10{\mu}M$ KA 투여로 유발시켰으며, PV 항체를 이용한 광학현미경적 면역조직화학법으로 치아이랑에 분포하는 PV 면역반응성 사이신경세포를 감별염색하여 형태학적 차이를 관찰하였고, 또한 이들 세포의 세포수를 계측하고 KA처리 후 배양하면서 시간경과(8, 24, 48, 72시간)에 따라 PV 면역반응성 사이신경세포의 형태학적 변화를 관찰하였다. 결 과: KA 처리를 하지 않고 배양된 해마조직박편(대조군)의 치아이랑에서 PV 면역반응성 세포는 가지돌기 나무가 잘 발달되어 있고 사이신경세포로서 이들은 주로 과립층과 이층 밑의 다형층에 산재하였다. $10{\mu}M$ KA에 1시간 정도 노출되었을 때 PV 면역반응성 사이신경세포의 돌기에는 염주상이 형성되었고 가지돌기는 가늘어져 있었다. PV 면역반응성 사이신경세포는 KA 처리 후 배양액에서 KA를 제거한 뒤 시간이 경과함에 따라 형태학적 회복을 보여주었다. KA 제거 후 8시간 회복군에서 세포돌기의 염주상은 볼 수 없었으며 가지돌기는 가늘어져 있었다. KA 제거 후 24, 48, 72시간 회복군에서도 염주상은 거의 볼 수가 없었으며 가지돌기의 두께도 회복되었다. PV 면역반응성 사이신경세포의 수는 대조군에 비하여 KA 처리군과 KA 제거 후 8시간 회복군에서는 통계학적으로 유의한 세포수의 감소가 있었으나 KA 제거 후 24시간 회복군, KA 제거 후 48시간 회복군 및 KA 제거 후 72시간 회복군에서는 대조군과 차이가 없 었다. 결 론: 이러한 결과는 KA에 의하여 유발된 치아이랑 사이신경세포의 세포소실이 일시적이며 가역적인 현상임을 말해주는 것이다.
마취된 흰쥐를 사용하여 해마의 CA영역에 위치한 피라밋세포들의 세포막 특성을 in vivo의 세포내 기록법에 의해서 관찰한 후 2.5% neurobiotin을 세포내 기록용 미세전극에 채워 세포내로 충진시킨후 충진전과 동일한 실험순서로 반응을 다시 관찰하고 ABC kit를 이용하여 면역조직염색을 행하여 형태학적인 관찰을 하였다. 피라밋세포의 세포내 반응 특성은 높은 휴지막 세포막전위, 낮은 input resistance 그리고 큰 활동전위를 가졌다. neurobiotin 충진 전 후에 따른 세포막 특성의 변화는 sustained AHP의 duration과 amplitude, input resistance, 그리고 세포외 및 세포내 자극에 따른 AP 수에서 유의한 차이를 보였고(P<0.05), 세포외 자극에 의한 억제는 주로 전반부에 나타났으며 CA3 영역에 위치한 이 세포의 형태학적 관찰 결과 세포체는 피라밋층에서 분명한 피라미드 형태를 띄고 있었고 기저 및 선단 가지가 각각 백색판층 및 섬유방-분자층까지 뻗어 있었으며 축삭은 겉질을 향해 기저가지돌기면에서 수직으로 뻗어 있었다. 해마의 주세포인 피라밋세포의 세포막 특성과 세포내 염색지시체(marker)로 주로 쓰이는 neurobiotin에 의해 세포막 특성중 일부가 변화됨을 알 수 있었고, 뇌내의 신경세포연결망이 완전히 보존되어 세포들 사이의 시냅스관계를 추측할 수 있는 in vivo 실험 모델이 응용될 수 있음을 제시하였다.
목적 : 오가피 약침이 알코올에 의해서 중독된 Sprague-Dawley(S-D)계 흰쥐의 해마 치상회에서 새로운 신경세포 생성 및 NOS발현에 미치는 영향을 조사하였다. 방법 : S-D계 흰쥐에 알코올을(2g/kg) 3일간 연속으로 투여한후, 5일간 인체의 중완혈에 상응하는 부위에 오가피 약침(30mg/kg) 치료를 시행하였다. 치료효과를 관찰하기 위해서 BrdU-면역조직화학 염색법 및 NADPH-d-조직화학염색법을 이용하였다. 결과 : 알코올 처치군에서는 BrdU-양성세포수 및 NADPH-양성세포수가 모두 정상군에 비해서 감소한 반면에 알코올 처치후 오가피 약침으로 치료한 군에서는 BrdU-양성세포수 및 NADPH-양성세포수 모두 알코올 처치군에 비해서 증가하였다. 결론 : 오가피 약침치료가 알코올에 의해서 중독된 S-D계 흰쥐 해마 치상회에서 새로운 신경세포의 생성을 증가시키는 것을 확인하였으며, 그 기전으로 산화질소가 관여할 것으로 사려된다.
목적 : 뇌허혈은 일시적 혹은, 영구적 뇌동맥 폐색에 의한 뇌혈류의 감소로 유발되며, 허혈 부위에서는 복잡한 병태 생리적 과정을 통하여 신경 세포사가 초래되어 비가역적인 신경학적 손상을 일으킨다. 본 연구에서는 모래쥐를 대상으로 일시적인 전뇌허혈을 유발 시킨 후 해마 치상회에서 허혈로 인한 세포사멸을 관찰하고, 현삼(玄蔘)의 투여가 허혈로 유발된 해마 치상회에서 세포사멸에 미치는 영향과 단기 기억에 미치는 효과를 규명하고자 실험하였다. 연구방법 : 세포사멸은 DNA 분절을 나타내는 terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick end labeling (TUNEL) 염색법과 단백분해 과정의 마지막 단계에 발현되는 caspase-3에 대한 면역조직화학법을 이용하였고, 단기기억은 step-down avoidance task를 실시하여 평가하였다. 결과 : 본 실험의 결과 일시적인 전뇌허혈은 해마 치상회의 세포사멸을 유의하게 증가시켰으며 단기기억을 감소시켰다. 현삼의 투여는 허혈로 증가된 해마 치상회의 세포사멸을 유의하게 억제하였고, 허혈로 인한 단기 기억의 감소를 유의하게 억제시켰다. 결론 : 본 실험을 통하여 현삼은 뇌허혈로 증가된 세포사멸을 억제하고 단기 기억을 향상시킴을 알 수 있었고, 따라서 현삼은 뇌허혈로 인한 뇌손상을 보호할 수 있는 효과가 있음을 제시하는 바이다.
형질전환은 유전자의 기능을 이해하는데 매우 중요한 기법이다. $Ca^{2+}$-인산 침전법은 시간과 비용이 저렴하여 가장 흔히 사용된다. 그러나 성숙 신경세포는 어린 신경세포나 다른 세포종에 비하여 형질전환이 어렵고 쉽게 죽는다. 본 연구에서는 Clontech사의 $CalPhos^{TM}$ Mammalian Transfection 방법을 수정하여 성숙한 신경세포를 효율적으로 형질전환할 수 있는 방법을 고안하였다. 대뇌 신경교세포를 DMEM/10% 말혈청에서 70-80% confluence까지 키우고 배지를 혈청이 첨가되지 않은 Neurobasal/Ara-C로 바꾸어 주어 더 이상 신경교세포가 분열하지 않게 한 다음, 여기에 E19 해마신경세포를 접종하여 배양하였다. $DNA/Ca^{2+}$-인산 침전물은 Clontech사의 $CalPhos^{TM}$ Mammalian Transfection Kit을 이용하여 크기($0.5-1\;{\mu}m$ in diameter) 및 농도(약 10 particles/$100\;{\mu}m^2$)를 배지에서 배양시간을 변화시켜 적당히 조절하였다. 이렇게 하면 in vitro에서 2주 이상 배양한 신경세포도 24-well plate 한 well당 10-15개의 형질전환된 건강한 신경세포를 얻을 수 있었다. 이 방법의 효용성을 검증하기 위하여 연접단백질인 $EGFP-CaMKII{\alpha}$ 융합단백질과 RFP 단백질 유전자(각각 $pEGFP-CaMKII{\alpha}$ 및 pDsRed2)를 형질전환한 결과 전자는 점박이 모양, 후자는 세포전체에 퍼진 양상의 표현을 관찰할 수 있었다. 따라서 본 연구는 성숙한 신경세포를 효율적으로 형질전환할 수 있는 방법을 제공한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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