신경영양인자(BDNF) 가소성 조절에 관련된 중요한 분비성 인자

뇌 유래 신경영양인자(BDNF)는 신경 세포의 생존과 분화 더욱 신경회로의 형성과 기억 · 학습의 기반인 신경시냅스 가소성 조절에 관련된 중요한 분비성 인자입니다. 따라서 분비 이상이나 부전, 우울증, 정신 분열증등 신경질환의 원인이 되는 것으로 알려져 있습니다. BDNF는 신경세포 내에서 전구체 BDNF로 합성된 후 분비 이전 또는 분비후에 프로테아제에 의해 절단 수식을 받고 성숙체 BDNF됩니다(이 과정을 처리라고합니다). 지금까지 이 BDNF의 처리에 관한 프로테아제는 일부 보고되었습니다만, 프로세싱을 조절하는 방법에 대해 충분히 밝혀지지하지 않았습니다. 

 

이 연구 부문에서는 동물 개체의 발생 과정에서 일어나는 망막의 영역 특이화의 분자 구조와 그 후의 시신경의 시각 중추에 영역 특이적인 신경결합 형성의 분자 메커니즘을 연구하여 왔습니다. 먼저 발생기 닭 망막에서 코 귀 축(전후 축) 또는 背腹軸 방향의 발현량에 차이가 있는 분자 스크리닝을 실시 망막에서 영역 특이적으로 발현하는 다수의 분자를 식별했습니다. 이 안에 망막의 키 귀측의 영역의 신경절 세포에 많이 발현하는 SPIG1라는 분자를 발견했습니다. SPIG1는 폴리스타틴 도메인, 프로테아제 저해 도메인, EF-hand 모티브 및 면역 글로불린 도메인으로 구성된 분비인자였습니다. 그러나 그 생리적 역할은 지금까지 전혀 알려져 있지 않았다.

 

연구 그룹은 발생기의 닭 망막에서 SPIG1 유전자의 발현을 억제(최저)하기 때문에 그 기능의 해명을 시작했습니다. 그 결과 SPIG1 유전자를 노크하면 망막에서 뇌의 시각중추에 투사하는 시신경 세포의 축삭에서 많은 측면 촬영이 발생하는 것을 알 수 있었다. 정상적인 발생, 영사의 형성 과정에서 올바른 위치에서 측면 촬영의 형성이 일어날뿐만 아니라 부적절한 옆 분지는 제거되고 올바른 위치에 형성된 측면 촬영만 남아  멘토현상이 발생합니다. 그러나 SPIG1 유전자를 노크하면이 리화이멘토도 일어나지 않고 엉뚱한 곳에서 시냅스가 형성되었다.

망막을 구성하는 세포를 배양 접시에서 배양한 결과, SPIG1 유전자를 쓰러뜨린 신경절 세포의 축삭은 시개에서 관찰된 것처럼 많은 측면 촬영이 형성되었다. 성숙체 BDNF가 신경 축삭의 측면 촬영 형성을 촉진하는 것으로 알려져 있기 때문에, SPIG1이 BDNF의 분비 프로세싱 과정에 관여하는 것으로 추측되었습니다. 그래서 BDNF의 기능을 억제하는 차단 항체 (anti-BDNF 항체)를 배지에 첨가한 결과, SPIG1 유전자를 쓰러 뜨린 신경 축삭에서 형성되는 옆 분지는 농도 의존적​​으로 감소하는 것을 알 수있었습니다. 이러한 결과에서 SPIG1 유전자의 발현을 감소시키면 신경 세포에서 분비되는 성숙체 BDNF가 증가하는 것을 제안했다.

연구팀은 배양세포 실험 및 생화학 실험에 의해 SPIG1은 세포내에서 전구체 BDNF와 같은 분비 과립내에 존재하는 것, SPIG1은 전구체 BDNF에 높은 친화력으로 결합하는 것을 분명히했습니다. 또한 신경 세포에 BDNF를 SPIG1 함께 공동 발현 시키면 성숙 체 BDNF의 발현이 세포 내 및 세포 외 감소하기 때문에 SPIG1은 전구체 BDNF에서 성숙 체 BDNF의 처리를 억제하는 것으로 밝혀 습니다. 즉, 닭의 망막 - 시개 투사계에서 인정받은 SPIG1 유전자의 넉다운에 의한 표현형은 시신경 축삭의 BDNF의 처리가 이상을 초래 성숙 체 BDNF가 비정상적으로 많이 분비되게 때문으로 생각됩니다.

연구팀은 마우스에서도 SPIG1이 BDNF의 프로세싱 조절에 관여한다는 증거를 발견했습니다. 마우스의 해마의 원추세포에서 성숙체 BDNF는 신경 척추의 수를 증가시키는 것으로보고되고 있습니다. 그래서 SPIG1 유전자 결손 마우스의 해마에서 척추의 수를 분석한 결과, 예상대로 야생형과 비교하여 유의하게 증가하는 것으로 나타났습니다. SPIG1 유전자 결손 마우스에서는 야생형 마우스에 비해 전구체 BDNF의 발현량이 감소하고 성숙체 BDNF의 발현 량은 증가하고 있었습니다. 또한 이에 따라 BDNF 수용체인 TrkB 활성화(인산화 수준)이 항진하고 있으며, 그 결과 척추의 수가 증가했다고 간주합니다.