안쪽앞뇌다발 절단 후 흑색질과 손상부에서 일어나는 미세아교세포의 차별적 활성화

조병필(Byung Pil Cho),송대용(Dae Yong Song),박중철(Jung Cheol Park),이진숙(Jin Suk Lee, 박병구(Byung Gu Park),최병영(Byoung Young Choi),강호석(Ho Suck Kang) 대한해부학회 2004 Anatomy & Cell Biology Vol.37 No.4

안쪽앞뇌다발(medial forebrain bundle)은 줄무늬체로 상행하는 흑색질 도파민신경세포의 축삭을 통과시키는데, 저자들은 이를 절단하면 흑색질 도파민신경세포의 세포자멸사(apoptosis)가 유도된다는 것을 보고한 바 있다. 반면에 축삭이 절단된 손상부에서는 뇌조직의 기계적 손상으로 말미암아 세포괴사(necrosis)가 일어난다. 저자들은 쥐의 안쪽앞뇌다발을 절단한 다음 상이한 세포사의 양상을 보이는 중간뇌 흑색질과 축삭 손상부에서 활성화된 미세아교세포의 형태학적, 면역학적 표현형의 변화를 밝힘으로써 상이한 세포사에 반응하는 미세아교세포의 병리역학적 동태를 알아보고자 하였다. 미세아교세포에 대한 일차항체로는 OX42 (mouse anti-rat CD 11b; 범미세아교세포 표식자), ED1 (mouse anti-rat lysosomal enzyme; 포식작용 표식자) 및 OX6 (mouse anti-rat MHC II)를, 큰포식세포에 대한 일차항체로는 ED2 (mouse anti-rat macrophage)를 사용하였고, 도파민신경세포는 anti-tyrosine hydroxylase (TH) antibody로 표지하였다. 흑색질에서 안쪽앞뇌다발 절단 1일 후에 OX42에 강한 양성반응을 보이는 활성화된 미세아교세포가 상당히 다수 관찰되었으나 극소수의 미세아교세포만이 ED1에 양성반응을 나타내었고 OX6에 양성반응을 보이는 미세아교세포는 관찰되지 않았다. 이러한 현상은 미세아교세포 활성화의 첫 단계인 경보상태를 나타내는 것이라 생각되었다. ED1 양성반응세포는 절단 1일 후부터, OX6 양성반응세포는 3일 후부터 관찰되기 시작하여 미세아교세포의 포식작용이 MHC II의 발현에 앞서는 것으로 추측되었다. 절단 7~14일 후에는 OX42, ED1 및 OX6에 모두 강한 양성반응을 보이는 활성화된 미세아교세포가 크게 증가하였고, 이들은 흑색질 TH 면역반응성 신경세포의 가지돌기와 세포체의 여러 부위에 특이적으로 밀접하게 부착하였다. 흑색질의 포식성 미세아교세포는 세포체가 커지고 세포질돌기가 짧고 굵어지지만 분지형을 유지하였다. 손상부에서는 절단 1일 후에 강한 OX42 및 ED1 면역반응성을 나타내는 미세아교세포가 다수 출현하였다. 이것으로 보아 손상부에서 미세아교세포의 포식작용이 보다 신속하게 진행되고 있음을 알 수 있었다. 손상부의 OX42 면역반응성 미세아교세포는 ED2에 음성반응을 보였고 형태는 절단 후 1일부터 이미 아메바형을 나타내었다. 절단 3일 후에는 이 아메바형 미세아교세포의 크기가 매우 커졌으며 5~7일 후부터는 이들이 서로 융합하는 양상을 보였다. 절단 14일 후에는 세포괴사 지역 전체가 형태가 불분명하고 강한 OX42 및 ED1 면역반응성을 보이는 미세아교세포로 완전히 채워져 있었다. 그러나 손상부의 괴사지역 내에 집결한 아메바형 미세아교세포는 일부를 제외하면 대다수가 OX6에 음성반응을 나타내었다. 이러한 결과는 세포자멸사성 신경변성에 반응하는 활성화된 미세아교세포는 면역학적 표현형과 형태학적인 측면에서 보아 세포괴사성 기계적 손상에 반응하는 미세아교세포와 상이한 병리역학적 특징을 보인다는 것을 명확히 보여준다. Medial forebrain bundle (MFB) transmits the nigrostriatal dopaminergic (DA) axons, and previously we reported that transection of the MFB causes apotosis-like neurodegeneration of nigral DA neurons. On the other hand, it is likely to occur necrosis at the lesioned site where MFB is cut, due to direct mechanical transection of the brain tissue. To clarify the pathological dynamics of microglia reacting to the two different types of neuronal cell death, immunophenotypic and morphological features of microglia were compared and analyzed in the substantia nigra (SN) and lesioned site of the MFB axotomized rat brain. OX42 (mouse anti-rat CD 11b; pan-microglia marker), ED1 (mouse anti-rat lysosomal enzyme; phagocytic marker), and OX6 (mouse anti-rat MHC II) were used as primary antibodies for immunohistochemical localization of microglia, ED2 (mouse anti-rat macrophage) for macrophages, and anti-tyrosine hydroxylase (TH) antibody for DA neurons. Quite numerous activated microglia with strong OX42 immunoreactivity were found in the SN at 1 day post-lesion (dpl), but most of them were ED1- and OX6-negative except only a few which were ED1-positive. This phenomenon was thought to be related with the stage of alert, the first step of microglial activation. It could be presumed that microglial phagocytosis may precede MHC II expression, because ED1-positive microglia appeared from 1 dpl while OX6-positive ones from 3 dpl. Number of activated microglia showing strong ED1, OX6 and OX42 immunoreactivity increased significantly by 7~14 dpl, and they specifically stick to various parts of dendrites and somas of TH-immunoreactive neurons of the SN. The phagocytic microglia of the SN maintained ramified form although they retained enlarged soma and shortened, thickened processes. The lesioned site was surrounded by numerous microglia showing strong OX42 and ED1 immunoreactivity as early as 1 dpl, indicating that microglial phagocytosis starts earlier in the lesioned site than in the SN. OX42-positive microglia of the lesioned site were ED2-negative, and showed amoeboid morphology already from 1 dpl. The amoeboid microglia became to be enlarged in their soma size by 3 dpl, and fused each other to form clumps within the necrotic zone by 5~7 dpl. The entire necrotic zone was completely filled with microglia of obscure outline with strong OX42 and ED1 immunoreactivity. However, the majority of amoeboid microglia of the lesioned site were OX6-negative except a few. These results clearly demonstrate that activated microglia reacting to apoptotic neurodegeneration show different pathodynamic characteristics in terms of immunological phenotypes and morphology from those reacting to necrotic, mechanical lesion.

흰쥐 흑색질에서 Diaminobenzidine과 Benzidine Dihydrochloride를 이용한 Dopamine성및 Parvalbumin성 신경원의 이중면역표지

이문용,정진웅,천명훈 대한해부학회 1992 Anatomy & Cell Biology Vol.25 No.4

안쪽앞뇌다발 절단에 따른 신경아교세포의 증식활성

송대용(Dae Yong Song),박중철(Jung Cheol Park),박병구(Byung Gu Park),이진숙(Jin Suk Lee),최병영(Byoung Young Choi),양영철(Young Chul Yang),강호석(Ho Suck Kang),조병필(Byung Pil Cho) 대한해부학회 2004 Anatomy & Cell Biology Vol.37 No.4

신경아교세포의 형태, 면역학적 표현형, 그리고 분열 활성도의 변화는 중추신경계에서 발생하는 대부분의 병리현상에 있어 주요한 특징이다. 우리는 안쪽앞뇌다발(medial forebrain bundle; MFB) 절단 모델을 이용해 서로 다른 두 종류의 신경손상을 유도하고 그에 따른 신경아교세포의 분열양상을 연구하고자 하였다. 안쪽앞뇌다발을 절단키 위해 삽입한 캐뉼라에 의해 뇌조직이 파괴되어 급성 세포괴사(acute necrosis)가 일어나는 cannula track에서는 시술 후 1일부터 이미 많은 수의 BrdU 면역 반응세포가 관찰되었다. 그 수는 7일까지 크게 증가하다 감소하였으나 14일 후에도 상당히 많은 수의 BrdU 면역반응세포가 관찰되었으며, 그들 중 일부는 GFAP에, 그리고 일부는 OX-42에 양성반응을 보였다. 따라서 cannula track에서는 기계적 손상이 가해진 후 즉각적으로 미세아교세포와 별아교세포가 활성화되고 분열하기 시작하며 14일 까지도 비교적 다수의 세포가 증식활성을 유지함을 알 수 있었다. 일반적으로 cannula track을 바로 둘러싸는 세포괴사 지역 내에서는 주로 아메바형 미세아교세포가, cannula track에서 다소 떨어진 세포괴사 지역의 가장자리에서는 주로 별아교세포가 BrdU에 양성반응을 나타내었다. 이전에 우리는 안쪽앞뇌다발을 절단하면 흑색질(substantia nigra)에 위치하는 도파민 신경세포의 세포자멸사(apoptosis)가 유도됨을 보고한 바 있다. 안쪽앞뇌다발의 절단에 의해 세포자멸사가 유도되는 흑색질에서도 시술 후 1일부터 BrdU 양성반응세포가 관찰되었으나 소수에 불과하였다. 그 수는 3일부터 점차 증가하여 7일에 최고치에 도달하였으며, 14일 후에는 분열 중인 세포의 수가 크게 감소하였다. 그들 중 대부분은 OX-42에 양성반응을 보이는 분지형 미세아교세포와 이중염색 되었으나 GFAP와 이중염색되는 세포는 관찰할 수 없었다. 이것은 세포자멸사에 반응하여 분열하는 세포는 별아교세포가 아니라 미세아교세포이며, 그들의 형태와 분열 활성도도 cannula track에서 관찰된 것과 다르다는 것을 나타낸다. 한편, OX-42와 GFAP에 모두 음성반응을 보이는 것으로 생각되는 BrdU 면역반응세포를 cannula track과 흑색질에서 모두 관찰할 수 있었는데, 이들은 말초에서 유입된 면역세포로 추측되었다. 이 결과는 신경손상의 종류에 따라 신경아교세포의 증식활성이 상이하게 일어남을 증명하는 것이다. Changes in morphology, immunophenotypes and proliferative activity of neuroglia are key features in most forms of CNS pathology. We compared proliferative activity of neuroglial cells in response to two different types of brain injury induced by medial forebrain bundle (MFB) axotomy. In the cannula track where acute necrosis occurs due to mechanical lesion caused by cannula inserted to incise the MFB, many BrdU-immunoreactive (ir) cells appeared around the cannula track already at 1 day post-lesion (1 dpl). Their number significantly increased by 7 dpl and then decreased, but considerable number of BrdU-ir cells was still found at 14 dpl. Some of the BrdU-ir cells were double-labeled with either OX-42 or GFAP. This finding suggests that both microglia and astrocytes are activated and proliferate immediately after the mechanical damage, and the proliferative activity is maintained in a considerable number of these cells by 14 dpl. In general, the main cell type showing BrdU immunoreactivity was amoeboid microglia within the necrotic zone immediately surrounding the cannula track, and was astrocytes in the periphery of the necrotic zone more or less apart from the cannula track. Previously, we reported that MFB axotomy induces apoptosis of dopaminergic (DA) neurons in the substantia nigra (SN). In the SN where axotomized DA neurons undergo apoptosis, only a few BrdU-ir cells were found at 1 dpl. Their number increased gradually from 3 dpl and peaked at 7 dpl, then significantly reduced at 14 dpl. Most of them were double-labeled with OX-42-positive ramified microglia but not with GFAP. This data indicates that microglia but not astrocyte are the cell type that proliferate in response to apoptotic neuronal cell death, and their morphology and proliferative activity are different from those observed in the cannula track. Meanwhile, in the both cannula track and SN, some BrdU-ir cells were thought to be neither GFAP-positive nor OX-42-positive, and thus they were presumed to be infiltrated peripheral immune cells. These results demonstrate that different types of neuronal cell death are accompanied with different neurogilal proliferative activities.

파킨슨병 모델흰쥐에서 세포이식에 의한 흑색질-줄무늬체 도파민 신경로의 복구에 대한 조직화학적 연구

조사선,유영복,노은정,전계선,서제훈,이철,오창환,한대희,김용식,박찬웅 대한해부학회 1999 Anatomy & Cell Biology Vol.32 No.3

고양이 중뇌 흑색질의 Dopamine 면역반응세포에 관한 면역세포화학적 연구

모근석,문정석,김종중,김준수,정윤영,장인엽,김흥중 대한해부학회 1996 Anatomy & Cell Biology Vol.29 No.5

운동 빈도별 파킨슨 질환 모델의 도파민 신경세포 개수와 운동능력의 차이

박재성,이민기 사단법인 인문사회과학기술융합학회 2017 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.7 No.9

Parkinson’s Disease identified as a neuro-degenerative disease that the dopamine neurons in the subtantia nigra is progressively destroyed. Tremor at rest, bradykinesia, muscle stiffness and postural reflex impairment are the most common symptoms of Parkinson’s disease. Also the slow progression of disease is common in Parkinson’s disease. Causes of the disease have been discovered by researchers but the cure of the disease, regenerating or generate the dopamine neurons, are still unclear. Recent studies report the exercise can help the regenerate or generate the dopamine neurons of animal models of PD. Also the physical exercise may assuage the symptoms of parkinson’s disease and depression is reported by several clinical researches. In the present study, we used the model of drosophila PD and compare the effects of 3day exercise per week group and 7day exercise per week group. The results of 6week aerobic exercise on the LRRK2 PD model say the 3day exercise group has more dopamine neurons and better locomotor ability than the 7day exercise group. This result follows previous studies that are report low intensity exercise could gain more benefits than high intensity exercise. We could presume that the result of this came from lower recovery ability of PD models. So, we suggest that the PD patients could gain more benefits by doing exercise every other day. 퇴행성 뇌질환인 파킨슨병은 뇌내 선조체의 흑색질 부분에서 도파민성 신경 세포들이 선별적으로 퇴행하며 다양한 증상을 발현하는 것이 특징이다. 파킨슨병의 주요 증상으로는 운동 완서, 휴식기 진전, 근육경직, 자세 불안정 등이 꼽히며 대체적으로 발병 이후에도 서서히 진행하는 특징을 가지고 있다. 파킨슨병의 원인들은 다양한 요인들이 연구에 의해 점차 밝혀지고 있으나 아직까지 퇴행하는 도파민 신경 세포들의 퇴행중지 또는 재생, 즉 파킨슨병의 근본적인 치료법은 찾지 못하고 있는 것이 실정이다. 하지만 여러 선행연구 및 임상치료 관찰 자료 등에 따르면 운동이 파킨슨병의 증상을 완화하고 여러 가지 긍정적인 효과를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 또한 최근 몇몇 선행연구들이 파킨슨병 동물 모델을 통한 실험연구를 통해 운동이 도파민 신경 재생을 촉진하거나 퇴행의 진행을 늦추는 효과를 나타낸다고 보고하였다. 이에 본 실험에서는 파킨슨 유발 물질들 중 하나로 꼽히는 LRRK2 유전자가 침착된 초파리 파킨슨 모델을 사용하여 실험을 수행하였다. 실험대상군들을 비교군, 주 3일과 주 7일 운동을 수행하는 집단으로 나누어 운동이 효과가 있는지? 어떠한 운동 빈도가 보다 효과적인지 비교분석하는 실험을 진행하였다. 6주 동안의 유산소성 운동을 수행한 결과 주 3일 걷기 운동을 수행한 집단이 주 7일 걷기 운동을 수행한 집단보다 도파민 신경원 개수와 운동능력 점수가 높게 나타났다. 이는 선행연구들에서 밝혀진 저강도 운동의 효과가 고강도 운동보다 긍정적인 것과 일맥상통하는 결과이며, 실험대상 초파리 모델이 파킨슨 질환으로 인해 운동 후 회복능력이 느린 것으로 추정할 수 있다. 즉 퇴행성 뇌질환인 파킨슨 질환자의 경우 고강도 운동을 매일하는 것보다는 중저강도 운동을 주 3일 수행하는 것이 도움이 될 것으로 보인다.