Chemokine Receptor 5의 痛症 反應과 알츠하이머성 癡呆 誘發 과정에서의 役割 : Role of Chemokine Receptor 5 in Pain Responses and Development of Alzheimer's Disease
저자
발행사항
청주 : 충북대학교 대학원, 2008
학위논문사항
Thesis(Master)-- 충북대학교 대학원 : 약학과(원) 2008. 2
발행연도
2008
작성언어
영어
발행국(도시)
대한민국
형태사항
90 ; 26cm
일반주기명
지도교수 :홍진태
소장기관
Chemokines are chemoattractic cytokines and complex superfamily of small secreted proteins. Chemokines act on specific chemokine receptors that belong to seven-transmembrane domain receptors. The roles of chemokines and their receptors in immune and inflammatory responses have been extensively studied, however, the other pharmacological roles have been poorly understood. Thus, in the present study, the roles of chemokine receptor 5 in pain responses and development of Alzheimer's disease were studied. In the first part of experiments, the role of chemokine receptor 5 (CCR5) in pain responses was investigated in genetic and pharmacologic animal models. Reduced pain responses to chemical-induced visceral and inflammatory stimuli were observed in CCR5-/- mice and CCR5 antagonist (DAPTA) treated ICR mice. Administration of μ-opioid antagonist (Naloxone) reversed the pain responses of CCR5-/- mice to a level similar to those of CCR5+/+ mice. Immunostaining and western blot results showed that expression of the μ-opioid receptor was higher, while expression of c-Fos was lowered in the brain and the spinal dorsal horn of CCR5-/- mice compared with those of CCR5+/+ mice. CCR5 and μ-opioid receptor were co-localized in the brain and the spinal dorsal horn, and the co-localization is stronger in CCR5-/- mice than in CCR5+/+ mice. However, c-Fos and CCR5 were co-localized in the brain and the spinal cord, and greatly stronger co-localization was found in CCR5+/+ mice. This study indicates that lack of CCR5 reduces pain responses, and its effect might be associated with the enhancement of the μ-opioid receptor accompanied with the alleviation of the c-Fos-mediated pain relay. Thus, the first part of experiment strongly suggests that CCR5 might be a critical suppressor of the c-Fos-dependent μ-opioid receptor-mediated analgesic action in the pain process.
In the second part of experiment, the role of CCR5 in development of Alzheimer's disease was investigated. Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by progressive cognitive deterioration and memory loss. Activation of astrocyte has been known to be related with amyloid-β (Aβ) generation, releasing pro-inflammatory molecules that lead to neuronal cell death in development of Alzheimer's disease. It was found that long-term and spatial memory functions were impaired in CCR5-/- mice. In the subsequent study, the causal relationship between activation of astrocytes and development of AD was investigated. Immunoreactivity of glial fibrillary acidic protein (GFAP), representing the activation of astrocytes, was frequently observed in the brain of CCR5-/- mice compared with that of CCR5+/+ mice. The co-localization of GFAP and CCR5 was observed in CCR5+/+ mice. However, it was not observed even though the expression of GFAP was much higher in the brain of CCR5-/- mice. The Aβ1-42 level was higher in the brain of CCR5-/- mice than that of CCR5+/+ mice. Paralleling with the activation of astorcytes, the expression of β-secretase (BACE1) and its product C99 was also increased in the brain of CCR5-/- mice. These findings greatly suggest that lack of CCR5 increases activation of astrocytes which cause to Aβ generation, and thereby impairs the memory function. Therefore, the second experiment suggests that lack of CCR5 may be also critical to in the progress of Alzheimer's disease.
이 논문은 chemokine receptor 5 (CCR5)의 통증 반응과 치매 발달 과정에서의 역할에 대하여 CCR5 knockout (CCR5 KO) 마우스와 CCR5 wild (CCR5 WT)마우스를 통해 연구하였다.
CCR5와 통증반응에 대하여 연구를 하기 위하여 CCR5 KO와 WT 마우스에서 열자극 실험 (Tail-flick 법, Hot-plate 법), 복강 자극 실험 (MgSO4 법, 초산 법), 염증 자극 실험 (Bradykinin, Capsaicin, Carrageenan)을 실시하였다. CCR5 KO 마우스는 복강 자극 실험과 염증 자극 실험에서 둔감한 통증반응을 나타냈고, CCR5 길항제인 DAPTA를 처리한 ICR 마우스도 둔감한 통증반응을 나타내었다. μ-opioid 수용체 길항제인 Naloxone을 CCR5 KO와 WT 마우스에 전처치 하였을 때, 통증 실험에서 CCR5 KO 마우스의 통증에 대한 반응은 CCR5 WT 마우스의 반응과 유사한 수준으로 상승하였다. 이는 CCR5 KO 마우스의 둔감한 통증 반응은 μ-opioid 수용체의 활성의 증가에 의하여 것임을 나타낸다. 면역염색과 Western blot의 결과도 이를 뒷받침한다. 그리고 초기에 발현되는 단백질로 통증의 신경학적 표지가 되는 c-Fos의 발현도 CCR5 KO 마우스에서 감소한 것을 면역염색과 Western blot을 통하여 확인하였다. 이 결과는 CCR5 KO 마우스에서 나타나는 통증 반응 감소는 진통작용을 나타내는 μ-opioid 수용체 발현의 증가와 c-Fos를 매개하는 통증 반응에 대한 억제에 의하여 나타난다. 그러므로 CCR5는 통증 전달과정에서 c-Fos에 의존적인 μ-opioid 수용체의 진통작용을 억제할 수 있는 주요인자라고 보여진다.
다음으로 CCR5가 알츠하이머성 치매 발달 과정에서의 역할에 대하여 연구를 하였다. 마우스의 학습과 기억을 차이를 확인하기 위하여, 수동 회피 실험과 수중 미로 실험을 실시하였다. 그 결과 두 실험 모두에서 CCR5 KO 마우스가 CCR5 WT마우스에 비하여 학습과 기억능력이 낮다는 것을 확인할 수 있었다. 이 기억능력의 저하가 알츠하미머성 치매의 원인이라 생각되는 아밀로이드 베타에 의하여 나타난 것인지 확인하기 위해 뇌내 아밀로이드 배타 양을 정량하였다. 아밀로이드 베타 양은 CCR5 KO 마우스의 뇌에서 CCR5 WT 마우스보다 더 높게 나타났다. 면역염색도 같은 결과를 보였다. 아밀로이드 베타 양의 증가가 아밀로이드 생성과정의 변화 때문인가를 알아보기 위하여 단백질의 발현을 측정해본 결과, CCR5 KO 마우스의 뇌에서 아밀로이드 베타 관련 단백질 (BACE1, C99)이 증가하였음을 확인할 수 있었다. 이는 CCR5 KO 마우스 뇌내에 증가된 아밀로이드 베타는 아밀로이드 베타 생성 증가에 의한 결과라고 확인 할 수 있었다. 이런 한 아밀로이드 베타 생성 증가의 원인을 알아내기 위해, 아밀로이드 베타 생성에 주요한 역할을 하는 별모양아교세포의 수과 활성화를 면역염색을 통하여 확인하였다. 그 결과 CCR5 KO 마우스에서 별모양아교세포의 수가 증가하고 별모양아교세포가 더 활성화 되어있다는 것을 확인 할 수 있었다. 그리고 형광면역염색을 통해서 별모양아교세포에서의 CCR5의 별현을 확인한 결과, CCR5 KO 마우스의 별모양아교세포에는 CCR5 가 발현하지 않는 다는 것을 확인하였다. CCR5가 결여되면 그 보상작용으로 별모양아교세포를 활성화 시키는 CCR2의 활성이 증가된다는 연구에 근거하여, CCR2의 발현 변화를 형광염색과 Western blot을 통해서 확인 하였다. 그 결과 CCR5 KO 마우스의 뇌에서 CCR2의 활성이 증가한 것을 확인할 수 있었다. 이 실험결과는 CCR5의 결여는 CCR2에 의한 별모양아교세포의 활성을 증가시켜 아밀로이드 베타 생성을 증가 시키고, 그 결과 알츠하이머성 치매 질환 유발을 촉진시킨다는 것을 제시한다.
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