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Autometallography for Zinc Detection in the Central Nervous System
조승묵,김성준,박승국,강태천,원무호,Jo, Seung-Mook,Gorm, Danscher,Kim, Sung-Jun,Park, Seung-Kook,Kang, Tae-Cheon,Won, Moo-Ho Korean Society of Electron Microscopy 2000 Applied microscopy Vol.30 No.4
Zinc는 인체 내에 철$(Fe^{2+})$다음으로 많은 trace element로서 200여개 효소의 기능에 필수적일 뿐만 아니라 신경계통내에서는 신경조절물질로 작용한다. 뿐만 아니라 허혈, 간질 및 퇴행성 뇌질환의 주요 병리기전에도 관여되어 있다. 그러나 대부분의 Zinc는 단백질에 결합되어 (bound form)신경세포의 세포질 및 핵질내에 존재하고, 10% 이하의 Zinc는 이온상태(free form, $Zn^{2+}$)로 신경종말 (Zinc enriched terminal)에 있는데 , 후자만이 조직화학법으로 가시화된다. 최근까지 새로 개발된 조직화학법으로 Zinc enriched(ZEN)neurons의 분포에 관한 연구가 각광받고 있으나, 국내에서는 이에 대한 연구가 전무한 실정이다. 이에 본 연구자는 고전적인 조직화학법의 기본 원리를 소개하고, 렛드 중추신경계통내 Zinc의 분포를 광학 및 전자현미경으로 관찰하고자 하였다. 본 연구에서 사용된 실험동물은 Wistar 계통의 랫드(10주령)와 BALB/c 마우스이며, 마취제로는 Pentobarbital(50mg/kg)을 이용하였다. 생체 뇌조직내 이온상태의 $Zinc(Zn^{2+})$를 침전시키기 위하여 selenium(10mg/kg, i.p.)을 처리하였고, 1시간 후 3% Glutaraldehyde액으로 관류고정하여 동물을 희생시켰다. 뇌와 척수를 꺼내어 sucrose에 가라앉을때 까지 담가두었다가 Dry Ice를 이용하여 얼리고, Freezing microtome위에서 $30{\mu}m$두께의 절편을 작성하였다. 조직절편내 $Zn^{2+}$을 동정하기 위한 조직화학법으로는 autometallography (AMG) (Danscher, 1985)를 이용하였다. 광학현미경하에서 밝혀진 Zinc의 분포는 해마복합체를 비롯한 종뇌의 여러부위에 고농도로 분포하였고, 척수에는 중간정도, 그리고 소뇌 및 뇌간에는 매우 낮은 농도로 분포하였다. 전자현미경에서 관찰된 AMG염색과립(silver grains)은 신경종말에 있는 연접소포에 국한되었으며, 이러한 ZEN terminals은 주위 여러 신경세포의 돌기(dendrites)및 세포체 (soma)에 특이한 연접을 이루고 있었다. 즉 후각망울을 포함한 종뇌에서는 주로 비대칭연접 (asymmetrical synapses)이 관찰되었던 반면에, 척수에서는 대칭연접(symmetrical synapses)을 이루고 있었다. 이상의 결과를 종합하면, 신경종말내 연접소포에 Zinc를 함유하고 있는 소위 ZEN terminals은 중추신경계통에 광범위하게 분포하고 있으며 또한 신경부위에 따라 다양한 분포와 미세구조의 차이를 보였다. 이러한 사실은 중추신경계통내에서 Zinc가 영위하는 신경생물학적 기능이 신경부위에 따라 다양할 것임을 시사한다. Zinc is one of the most abundant oligoelements in the living cell. It appears tightly bound to some metalloproteins and nucleic acids, loosely bound to some metallothioneins or even as free ion. Small amounts of zinc ions (in the nanomolar range) regulate a plentitude of enzymatic proteins, receptors and transcription factors, thus rolls need accurate homeostasis of zinc ions. Zinc is an essential catalytic or structural element of many proteins, and a signaling messenger that is released by neural activity at many central excitatory synapses. Growing evidences suggest that zinc may also be a key mediator and modulator of the neuronal death associated with transient global ischemia and sustained seizures, as well as perhaps other neurological disease stoles. Some neurons have developed mechanisms to accumulate zinc in specific membrane compartment ('vesicular zinc') which can be evidenced using histochemical techniques. Substances giving a bright colour or emitting fluorescence when in contact with divalent metal ions are currently used to detect them inside cells; their use leads to the so called 'direct' methods. The fixation and precipitation of metal ions as insoluble salt precipitates, their maintenance along the histological process and, finally, their demonstration after autometallographic development are essential steps for other methods, the so called 'indirect methods'. This study is a short report on the autometallograhical approaches for zinc detection in the central nervous system (CNS) by means of a modified selenium method.
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Zinc-enriched(ZEN) terminals in mouse olfactory bulb
Jo, Seung Mook,Won, Moo Ho,Cole, Toby B.,Jensen, Morten Skovgaard,Palmiter, Richard D.,Danscher, Gorm 한림대학교 환경·생명과학연구소 2000 일송 의학ㆍ생명과학 심포지엄 Vol.- No.2
The present study was designed to localize zinc-enriched (ZEN) terminals in mouse olfactory bulb by means of ZnT3 immunocytochemistry (ICC) and zinc autometallography (AMG). The immunocytochemical staining of ZnT3 was closely correlated with the AMG pattern. ZEN terminals were defined as terminals showing both ZnT3 immunoreactivities and AMG granules. At the light microscopic level, dense staining patterns for ZnT3 immunoreactivity were seen in the granule cell layer and the olfactory glomerular layer. At the ultrastructural level, ZEN terminals were restricted to presynaptic terminals with single or multiple postsynaptic thickenings. The postsynaptic profiles contacting ZEN terminals appeared to be dendrites or somata of granule cells in the granule cell layer and periglomerular cells and mitral/tufted (M/T) cells in the olfactory glomerular layer. This suggests with granule cels and periglomerular cells, and(2) olfactory receptor terminals contacting dendritic profiles of M/T cells or periglomerular cells. The close correlation between ZEN terminals and the glutamatergic system is discussed.
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