Adolescent-Specific Consequences of Sleep Deprivation: A Critical Developmental Window Leading to Persistent Adult Memory Impairment via Overactivation of Hippocampal Astrocytic GR

국문 초록 (Abstract)

청소년기 수면 결핍은 임상적으로 중요한 문제이며, 다양한 발달 이상과 연관되어 있다. 본 연구는 청소년기 수면박탈이 성인기 해마 의존적 기억을 손상시킨다는 기존 관찰을 바탕으로, 이러한 취약성의 발달 단계 특이성과 기저 기전을 규명하고자 하였다. 이를 위해 14일간의 변형 다중 플랫폼 방법을 이용하여 청소년기(PND28)와 성인기(PND85) 마우스에서 수면박탈의 장기적 영향을 비교하였다. 그 결과, 청소년기 수면박탈에서만 중년기(PND142)에 이르기까지 지속되는 기억장애가 관찰되었으며, 이는 수동 회피, 새로운 물체 인식, Y-미로 검사에서 확인되었다. 이러한 행동 이상은 해마 성상교세포에서의 글루코코르티코이드 수용체 과활성과 동반되었다. 성상교세포 GR 과활성은 신경독성 매개체인 리포칼린-2의 증가를 유도하고, 아쿠아포린-4 의존적 글림프계 항상성을 교란하며, 결과적으로 성인기 해마 신경발생을 억제하였다. 주목할 점으로, GR 길항제 RU486 투여는 청소년기 수면박탈로 유도된 장기 기억장애를 완전히 회복시켰다. 반면, 만성 구속 스트레스나 사회적 고립 스트레스와 같은 다른 스트레스 모델에서는 청소년기 수면박탈에서 관찰된 행동적 및 분자적 이상이 재현되지 않았다. 종합하면, 청소년기 수면박탈은 성상교세포 GR 매개 해마 기능 이상을 통해 지속적인 인지장애를 유발하는 특이적 발달 취약성을 지니며, 성상교세포 GR 신호전달은 청소년기 수면 손실의 장기적 영향을 예방하기 위한 유망한 치료 표적이 될 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• Table of Contents ⅰ
• List of Tables ⅳ
• List of Figures ⅴ
• Ⅰ. Introduction 01
• Ⅱ. Methods 03
• 1. Animals 03
• 2. Six sequential animal experiments 03
• 3. Modified multiple platform method (MMPM) for inducing SD 05
• 4. Passive avoidance test (PAT) 05
• 5. Novel object test (NOT) 06
• 6. Y maze test 07
• 7. Open field test (OFT) 07
• 8. Blood collection and brain tissue preparation 08
• 9. Western blot analysis 08
• 10. Immunofluorescence (IF) staining 09
• 11. Real‑time quantitative PCR analysis 11
• 12. Intracisternal tracer injection for glymphatic assessment 11
• 13. Determination of corticosterone and LCN2 12
• 14. Dexamethasone suppression test (DST) 13
• 15. ACTH stimulation challenge 13
• 16. Cell Culture and Treatment 13
• 1) C8-D1A astrocyte culture and treatment 13
• 2) HT22 neuronal exposure and conditioned medium assay 14
• 17. Statistical Analysis 14
• Ⅲ. Results 16
• 1. Adolescent, but not adult, SD produces persistent long-term memory deficits 16
• 2. Adolescent SD, but not IS or CRS, produces long-term memory impairment 18
• 3. Adolescent SD reduces neurogenesis persisting into early adulthood 20
• 4. Adolescent SD disrupts astrocytic, but not microglial, integrity in hippocampus · 22
• 5. Adolescent SD impairs astrocyte-dependent glymphatic function 24
• 6. Adolescent SD alters astrocyte-related molecules 26
• 7. Adolescent SD, but not adulthood and other stressors, disrupts systemic corticosterone dynamics 28
• 8. CORT deficiency does not mimic SD-induced long-term memory deficits· 30
• 9. Adolescent SD induces sustained hippocampus-specific GR overactivation 32
• 10. Hippocampus GR overactivation is specific in adolescent SD, but not other conditions 34
• 11. Adolescent SD-derived GR overactivation induces aberrant HPA negative feedback 36
• 12. Inhibition of GR overactivation prevents long-term memory impairment by adolescent SD 38
• 13. GR overactivation occurs selectively in hippocampal astrocytes 40
• 14. Astrocytic GR over-activation induces LCN2 release and neuronal toxicity 42
• Ⅴ. Discussion 47
• References 52
• Abstract in Korean 58