싸띠수행의 뇌과학 : 싸띠힘의 강화 및 마음오염원 제거의 신경근거

문일수(Moon, Il-soo) 한국불교상담학회 2021 불교상담학연구 Vol.16 No.-

사티수행은 ‘지금·여기’에서 일어나는 자극에 대한 인지훈련이다. 이 훈련에서 수행자는 ‘지금·여기’에서 발생하는 인지 목표물에 더 잘 주의를 기울일 수 있는 능력을 쌓는다. 주의를 담당하는 뇌 영역은 거대 인지조절신경망인 전두두정신경망(frontoparietal network, FPN)이다. FPN은 몸감각, 소리, 빛과 같은 외부자극과 및 망상과 같은 내부자극을 인지한다. 싸띠수행은 FPN을 반복적으로 활성화함으로써 신경망에 속한 연접들에서 연접장기강화(long-term potentiation)를 유도하여 FPN 신경망을 강화한다. ‘지금·여기’에 주목하면 과거나 미래생각과 같은 망상이 일어나지 않는다. 마음오염(asava)은 아마도 순수한 기억이미지와 연결되어 저장된 뇌신경회로일 것이다. 수행자는 싸티수행중에 주로 ‘지금·여기’에 주의를 기울이며, 마음이 과거나 미래 등 자신의 내면적 생각으로 배회하는 것이 줄어든다. 이는 마음오염 신경회로의 활성을 억제됨을 의미한다. 비활성 신경망에 속하는 연접들은 연접장기저하(long-term depression) 기전에 의하여 연결강도가 점차 감소되고, 종국에는 연결이 끊어 진다. 이는 결국 마음오염 신경망이 제거됨을 의미한다. 따라서 본 연구자는 싸띠수행에 의하여 FPN의 연접들에서는 LTP에 의해 FPN이 강화되어 싸띠힘 (sati power)이 증가하는 반면, 마음오염 신경망의 연접들에서는 LTD의해 연접연결이 약화되고 종국에는 관련 신경망, 즉 마음오염이 제거된다고 제안한다. Sati practice is cognitive training for stimuli occurring here and now. In this training, a practitioner builds the potential to pay better attention to the cognitive targets occurring ‘here and now’. The brain region responsible for attention is the frontoparietal neural network (FPN) in the prefrontal cortex, a large cognitive control network. FPN recognizes external and internal stimuli such as body sensation, sound, light, and mind wandering. Sati practice repeatedly activates FPN, thereby strengthens this neural network by inducing a long-term synaptic potentiation (LTP), the use-dependent enhancement of synaptic strength. While paying attention to ‘here and now’, delusions such as past or future thoughts do not occur. Although the neural correlate of asava, i.e. the mind taint, is unclear, it is most probably the neural circuit associated with the stored pure image in the brain. While a practitioner pays attention to ‘here and now’ during sati practice, the practitioner’s mind does not wander over past or future thoughts. Since asavas deem to associate with stored past memory, sati practice less activates the neural correlate of asavas, which are the mind pollution associated with pure memory images. The inactive neural network naturally weakens by decreasing the connection strength of synapses by a synaptic mechanism called long-term synaptic depression (LTD). Therefore, I propose that sati power increases by LTP in the synapses of FPN, whereas asava is gradually weakened and eventually eliminated by LTD.

Identification of a Potential Tyrosine Phosphorylation Site on the NR2B Subunit of the N-methyl-D-aspartate Receptor

Il Soo Moon (문일수),Yong Wook Jung(정용욱),Bok Hyun Ko(고복현) 한국생명과학회 1998 생명과학회지 Vol.8 No.6

Protein Kinase (PKC)-ε Interacts with the Serotonin Transporter (SERT) C-Terminal Region

Il Soo Moon(문일수),Dae-Hyun Seog(석대현) 한국생명과학회 2010 생명과학회지 Vol.20 No.10

Serotonin (5-hydroxytryptamine (5-HT))는 신경계의 세포-세포 간의 신호전달의 주요한 신경전달물질이다. 세포막에 존재하는 serotonin transporter (SERT)는 연접간격에 존재하는 5-HT를 세포 내로 재흡수 하여 세포외부의 5-HT 농도를 조절하지만 그 기전은 아직 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 yeast two-hybrid system을 사용하여 SERT의 C-말단이 protein kinase C-ε (PKC-ε)과 특이적으로 결합함을 알았다. PKC-ε는 PKC의 isotype으로 calcium 비의존적이며 phorbol ester/diacylglycerol 민감성 serine/threonine kinase이다. Na+/Cl- 의존성 SLC6 gene family의 다른 수송체는 PKC-ε과 결합하지 않았다. Deletion mutant들을 사용하여 SERT는 PKC-ε의 C-말단부위와 결합함을 알았으며, 또한 이 단백질간의 결합을 GST pull-down assay로 확인하였다. PKC-ε는 in vitro에서 SERT의 N-말단의 펩티드를 인산화시켰다. 이러한 결과들은 PKC-ε에 의한 SERT의 인산화가 세포막에 존재하는 SERT의 활성을 조절하는 역할을 할 가능성을 시사한다. Serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) is an important mediator of cell-cell signaling in neuronal systems. The serotonin transporter (SERT) on the plasma membrane controls the extracellular 5-HT level by reuptake of released 5-HT from the synaptic cleft, but the underlying regulation mechanism is unclear. Here, we used the yeast two-hybrid system to identify the specific binding protein(s) that interacts with the carboxyl (C)-terminal region of SERT and found a specific interaction with protein kinase C-ε (PKC-ε), a PKC isotype that is characterized as a calcium-independent and phorbol ester/diacylglycerol-sensitive serine/threonine kinase. PKC-ε bound to the tail region of SERT but not to other members of the Na?/Cl- dependent SLC6 gene family in the yeast two-hybrid assay. The C-terminal region of PKC-ε is essential for interaction with SERT. In addition, these proteins showed specific interactions in the glutathione S-transferase (GST) pull-down assay. PKC-ε phosphorylated the peptide of the SERT amino (N)-terminus in vitro. These results suggest that the phosphorylation of SERT by PKC-ε may regulate SERT activity in plasma membrane.

Expression of c-Jun N-Terminal Kinase (JNK)-Interacting Protein (JIP) in Cultured Rat Hippocampal Neurons

Il Soo Moon(문일수) 한국생명과학회 2007 생명과학회지 Vol.17 No.12

c-Jun N-terminal kinase (JNK)-interacting protein 1(JIP1)은 비계단백질(scaffold protein)로서 신경세포와 쵀장β세포에서 많이 발현된다. 본 연구에서는 배양한 흰쥐 해마신경세포에서 JIP1, JIP-2 및 JIP-3을 모두 인식하는 항체를 이용하여 이들의 세포내 표현을 조사하였다. 전반적으로 JIP은 세포체와 가지돌기에 반점 모양으로 표현되었다. 이 JIP 반점들을 통계적으로 분석한 결과 흥분성 연접후표지인 PSD95 및 αCaMKII 반점과 각각 54.8 ± 4.0% 및 94.1 ± 4.5%가 겹쳐졌다. 반면에 억제성 연접후표지인 그리신수용체 및 gephyrin 반점과는 각각 단지 8.6 ± 0.5% 및 7.3 ± 0.5%만 겹쳐졌다. 한편 lipid raft의 표지인 flotillin 반점의 상당부분(29.3 ± 1.0%)이 JIP 반점과 겹쳐졌다. 또한, JIP은 일부 가지돌기의 끝부분에 매우 강하게 발편되었으며 축삭에는 표현이 미미하였다. 이 결과들은 JIP 단백질이 흥분성 연접후구역, 일부 lipid raft, 그리고 일부 가지돌기 끝부분에 주로 위치함을 의미한다. c-Jun N-terminal kinase (JNK)-interacting protein 1 (JIP1), also known as Islet-brain 1 (IB1), is a scaffold protein that is highly expressed in neurons and pancreatic β-cells. In this study subcellular localization of JIP was investigated in cultured rat hippocampal neurons using an antibody that recognize all variants of JIP1, JIP-2 and JIP-3. The overall expression profile of JIP is punctate throughout soma and dendrites. Statistic analysis showed that 54.8 ± 4.0% and 94.1 ± 4.5% of total JIP immunopuncta overlapped with those of excitatory postsynaptic markers SD-95 and αCamik, respectively. In contrast, only 8.6 ± 0.5% and 7.3 ± 0.5% of JIP clusters overlapped with those of inhibitory postsynaptic markers glycine receptor (GlyR) and gephyrin, respectively. JIP clusters overlapped or juxtaposed with SV2 but not GAD, markers for general and inhibitory nerve terminals, respectively. A substantial fraction (29.3 ± 1.0%) of flotillin immunopuncta, a marker for lipid rafts, clusters overlapped with those of JIP. In addition, JIP was highly expressed in some select ends of dendrites but minimal in axons. These data suggest important roles of JIP in excitatory postsynaptic sites, lipid rafts and dendritic ends.

SCG10, a Microtubule-Destabilizing Factor, Interacts Directly with Kinesin Superfamily KIF1A Protein in Brain

Il Soo Moon(문일수),Dae-Hyun Seog(석대현) 한국생명과학회 2009 생명과학회지 Vol.19 No.7

미세소관은 세포골격단백질의 중요한 구성 단백질로 축삭돌기 내에서는 세포막 방향으로 정렬되어 있다. Kinesin superfamily (KIFs)는 세포 내에서 미세소관을 따라 세포 내 소포들을 운반하는 분자 자동차(molecular motor) 단백질이다. 본 연구에서 우리는 효모 two-hybrid system을 사용하여 KIF1A의 coiled-coil 영역과 결합하는 단백질로 미세소관 불안정화 요소인 SCG10단백질을 분리하였다. SCG10은 KIFs에서 KIF1A와만 특이적으로 결합하며, KIF1A의 400에서 820 아미노산 부위가 SCG10과의 결합에 필수적임을 효모 two-hybrid assay로 확인하였다. 또한 SCG10의 coiled-coil 영역은 KIF1A와의 결합에 필수영역임을 확인하였으며 단백질간의 결합은 Glutathione S-transferase pull-down assay를 통하여 확인하였다. 생쥐의 뇌 파쇄액에 SCG10 항체로 면역침강을 행하여 KIF1A를 확인한 결과 KIF1A는 SCG10과 특이적으로 같이 침강하였다. 이러한 결과들은 KIF1A는 SCG10와 결합하여 SCG10이 포함된 소포를 미세소관을 따라 이동시킴을 시사한다. Microtubules, a major cytoskeleton, form parallel arrays in the axon and are oriented with their plus ends toward the cell periphery. Kinesin superfamily proteins (KIFs) are the molecular motors acting in the microtubule-based motilities of organelles in cells. Here, we used the yeast two-hybrid system to identify the protein that interacts with the coiled-coil domain of KIF1A and found a specific interaction with microtubule-destabilizing factor SCG10. SCG10 bound to the amino acid residues between 400 and 820 of KIF1A, but not to other KIFs in the yeast two-hybrid assay. The coiled-coil domain of SCG10 is essential for interaction with KIF1A. In addition, this specific interaction was also observed in the Glutathione S-transferase pull-down assay. An antibody to SCG10 specifically co-immunoprecipitated KIF1A associated with SCG10 from mouse brain extracts. These results suggest that KIF1A motor protein transports SCG10-containing vesicles along microtubules in neurons.

The Potential ‘O-GlcNAc-P’om’

Il Soo Moon(문일수),HyunSook Lee(이현숙),Hyung Jong Lee(이형종) 한국생명과학회 2013 생명과학회지 Vol.23 No.2

O-GlcNAc 화(O-GlcNAcylation)는 단백질의 serine이나 threonine에 N-acetylglucosamine (GlcNAc) 분자가 결합하는 것으로, 기존의 당단백질과 달리 세포질 및 핵단백질 모두에 일어난다. 또한 수정의 속도가 빠르고 가역적으로 일어남이 인산화 수식과 유사하다. 그러나 수많은 인산화효소와 탈인산화효소가 관여하는 것과 달리 O-GlcNAc 수식은 O-GlcNAc transferase (OGT)와 O-GlcNAcase (OGA) 단 두 개의 효소에 의하여 이루어진다. 이러한 단순한 조절기전은 세포가 내외환경에 즉시 적응할 수 있도록 진화한 것으로 해석된다. 즉, O-GlcNAc 수식은 특정한 단백질 하나 하나의 활성을 켜거나 끄는 것이 아니라, 세포의 신호전달과정의 효율을 전반적으로 조절하는 ‘가변저항기(rheostat)’ 역할을 한다. O-GlcNAc 수식은 흔히 같은 아미노산 혹은 그 주변의 아미노산이 인산화되는 것을 수반하는데, 이는 인산화와 함께 서로 조화를 이루어 세포활성을 조절하는 것으로 해석된다. 최근 O-GlcNAc이 더 나아가 O-GlcNAc-P로 인산화될 가능성이 제시되고 있는 바, 본 총설에서는 이의 가능성을 이론적으로 설명하고, 실제 실험결과를 소개한다. The addition and removal of N-acetylglucosamine (GlcNAc) molecules on serine or threonine residues of a protein is called O-GlcNAcylation. This post-translational modification occurs on both cytoplasmic and nuclear protein, and is fast and reversible as comparable to phosphorylation. In contrast to the phospho-signaling cycles, this emerging moon-lightening signaling is cycled by only two enzymes, O-GlcNAc transferase (OGT) and O-GlcNAcase (OGA). The simple machinery is a good evolutionary adaptation of a cell for quick accommodation to continuously fluctuating intra- and extracellular microenvironments. Rather than “switching” on or off a specific proteins ? this would be done by phosphorylation where numerous specific kinases and phosphatases are involved - O-GlcNAcylation would play a “rheostat” which would be much more delicately increase or decrease the efficacy of signal transductions in response to cellular nutrient and stress conditions. Interestingly, recent evidence indicates that O-GlcNAc is further modified by phosphorylation. The O-GlcNAc-P will upgrade the modulation efficiency of cellular processes to continuous ‘analogue’ level. So far, only one protein AP180 was reported to have O-GlcNAc-P on Thr310. But, proteomic data from our laboratory indicate that there are multiple O-GlcNAc-P proteins, constituting “O-GlcNAc-P’om”. This will focus on the possibility of existence of “O-GlcNAc-P’om”.

Effect of Deep Seawater on Expression of μ-Opioid Receptor in Cultured Rat Hippocampal Neurons

Il Soo Moon(문일수),Seong-Ho Kim(김성호) 한국생명과학회 2011 생명과학회지 Vol.21 No.2

해양심층수는 깊이 200 m 정도 혹은 그 이상의 해수를 말한다. 해양심층수는 무기물질이 풍부하여 여러 분야 적용을 위해 많은 관심이 쏠리고 있다. 본 연구에서는 동해 양양 부근에서 취수한 해양심층수에서 배양된 쥐 해마신경세포의 μ-아편양 수용체 발현에대한 영향을 조사하였다. 경도 800 및 1,000 심층수가 25% (v/v) 포함된 minimal essential media에서 해마신경세포를 배양해 대조군(증류수 첨가)과 비교하였다. 경도 800 및 1000심층수 첨가 배양액에서 배양된 신경세포 및 별아교세포에서 μ-아편양 수용체의 면역반응 신호가 매우 증가했다. 흥미롭게도 신경세포보다 별아교세포에서 μ-아편양 수용체의 면역반응 신호 증가가 더 뚜렷했다. 통계 분석시 경도 800 및 1000에서 배양된 별아교세포에서 μ-아편양 수용체 군에 대한 상대적 강도가 약 4배 증가했다. 이런 증가는 통계적으로 매우 유의했다(p<0.001). 대조적으로 신경세포에선 이런 증가가 상대적으로 덜 뚜렷하였고, 경도 1000 배양에서만 통계적으로 유의하였다(p<0.001). 이 결과들은 심층수가 신경세포 및 별아교세포에서 μ-아편양 수용체의 발현을 항진 시킨다는 것을 나타내었다. Deep seawater (DSW) generally refers to seawater at depths equal to or greater than 200 meters. DSW is rich in inorganic materials which have attracted attention for its various applications. In this study we investigated the effects of the DSW upwelled from the East Sea, offshore Yang Yang (KangWon-do, Korea), on the expression of μ-opioid receptor (MOR) of cultured rat hippocampal neurons. Neurons were grown in a minimal essential medium containing 10% (v/v) fetal bovine serum and either 25% (v/v) distilled water, or hardness (H) 800, or H 1000 DSW. Cultures grown in the presence of DSW with H 800 and H 1000 exhibited robust MOR immunoreactive signals in both neurons and astrocytes. Interestingly, the increase in MOR immunoreactive signals was more dramatic in astrocytes than in neurons. Statistical analysis revealed that the relative intensities for MOR clusters increased approximately 4-fold in astrocytes cultured in H 800 and H 1000 media. These increases were statistically very significant (p<0.001). In contrast, the increase in intensities for MOR immunoreactive signals was relatively less dramatic in neurons, where only the increase in the H 1000 culture was statistically very significant (p<0.001). These results indicated that DSW promotes expression of MOR in both neurons and astrocytes, and more significantly in the latter.

Glutamate Receptor-interacting Protein 1 Protein Binds to the Armadillo Family Protein p0071/plakophilin-4 in Brain

Il Soo Moon(문일수),Dae-Hyun Seog(석대현) 한국생명과학회 2009 생명과학회지 Vol.19 No.8

α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionate (AMPA) 수용체는 중추신경계에 널리 발현하며, 연접부위에서 글루타메이트에 의한 흥분성 신경전달의 역할을 행한다. 이러한 수용체의 조절은 학습과 기억에 관여한다. 본 연구에서는 AMPA receptor subunit glutamate receptor-interacting protein 1 (GRIP1)과 결합하는 단백질로 armadillo family인 p0071/plakophilin-4을 분리하였다. GRIP1 단백질은 p0071/plakophilin-4 단백질의 C-말단과 결합하며, armadillo family 단백질 중 p0071/plakophilin-4 과만 결합한다. 효모 two-hybrid assay에서 GRIP1의 Postsynaptic density-95/Discs large/Zona occludens-1 (PDZ) 영역이 p0071/plakophilin-4 단백질과의 결합에 관여하며, p0071/plakophilin-4 단백질의 C-말단 아미노산인 “S-X-V” 배열이 결합에 필수적이었다. 이러한 결합은 뇌 균질액에서 Glutathione S-transferase (GST) pull-down assay와 공면역침강법으로 확인하였다. 이러한 결과들은 AMPA 수용체가 연접후막에 안정적으로 위치하는 새로운 역할을 시사한다. α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionate (AMPA) receptors are widespread throughout the central nervous system and appear to serve as synaptic receptors for fast excitatory synaptic transmission mediated by glutamate. Their modulation is believed to affect learning and memory. To identify the interaction proteins for the AMPA receptor subunit glutamate receptor-interacting protein 1 (GRIP1), GRIP1 interactions with armadillo family protein p0071/plakophilin-4 were investigated. GRIP1 protein bound to the tail region of p0071/plakophilin-4 but not to other armadillo family protein members in a yeast two-hybrid assay. The “S-X-V” motif at the carboxyl (C)-terminal end of p0071/plakophilin- 4 is essential for interaction with GRIP1. p0071/plakophilin-4 interacted with the Postsynaptic density-95/Discs large/Zona occludens-1 (PDZ) domains of GRIP1 in the yeast two-hybrid assay, as is indicated also by Glutathione S-transferase (GST) pull-down, and co-immunoprecipitated with GRIP1 antibody in brain fraction. The findings of this study provide evidence that p0071/plakophilin-4 is an interactor of GRIP1.

Protrusion of N-acetylglucosamine Kinase Clusters into the Base of Excitatory Synapses

Il Soo Moon(문일수),Sun-Jung Cho(조선정),HyunSook Lee(이현숙),Dae-Hyun Seog(석대현),Randall Walikonis 한국생명과학회 2009 생명과학회지 Vol.19 No.8

N-Acetylglucosamine kinase (GlcNAc kinase or NAGK; EC 2.7.1.59)는 GlcNAc를 인산화하여 GlcNAc-6-phosphate를 만드는 효소이다. 효소자체에 대한 자세한 연구에도 불구하고 포유류에서NAGK의 표현에 대한 연구는 거의 없다. 배양한 흰쥐의 해마신경세포에서 NAGK은 세포체/가지돌기 영역에서 클러스터(cluster)를 형성한다. 본 연구에서는 가지돌기의 긴 축에서부터 가쪽으로 돌출되는 NAGK 클러스터에 대하여 연구하였다. 배양한 해마신 경세포를 NAGK와 다양한 연접표지단백질에 대한 항체로 이중염색한 결과 NAGK 클러스터가 가지돌기의 바닥에는 있었지만 억제성 연접후부위에는 존재하지 않았다. 또한 흰쥐 전뇌(forebrain)의 균질액(homogenate, BH), 연접체(synaptosome, S), 연접후치밀질(postsynaptic density, PSD) 분획을 NAGK 항체로 면역염색한 결과 NAGK는 연접체에는 있었지만 PSD 분획에는 존재하지 않았다. 이러한 결과들은 NAGK가 가지돌기가시(spine)의 바닥쪽으로 돌출됨을 의미한다. N-Acetylglucosamine kinase (GlcNAc kinase or NAGK; EC 2.7.1.59) catalyzes the phosphorylation of GlcNAc to GlcNAc-6-phosphate (GlcNAc-6-P). Despite detailed characterization of the enzyme itself, there have been few studies on the expression of NAGK in mammalian tissues. In the rat hippocampal neuron in culture, NAGK-immunoreactivity (IR) formed clusters in somatodendritic domains. In this study we characterized the NAGK clusters that protrude out the long axis of dendritic shafts. By double-labeling of the neurons with antibodies against NAGK and various synaptic proteins, we show that NAGK is positioned at the base of spines, while there were no NAGK protrusions into inhibitory postsynaptic sites. Immunoblot analysis showed that NAGK was included in synaptosomes but not in PSD fractions. Our results indicate that the NAGK clusters at the dendritic periphery protrude into spines.

N-Acetylglucosamine Kinase is Localized to Dendritic Lipid Rafts and Caveolae of Rat Hippocampal Neurons

문일수,Moon, Il-Soo Korean Society of Life Science 2006 생명과학회지 Vol.16 No.6

A dynamic cycle of addition and removal of O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) at serine and threonine residues is emerging as a key regulator of nuclear and cytoplasmic protein activity. In this work, immunocytochemistry was carried out to investigate the subcellular expression of GlcNAc kinase (NAGK, EC 2.7.1.59) that catalyzes the phosphorylation of GlcNAc to GlcNAc 6-phosphate. Immunostainings of cultured rat hippocampal neurons revealed patchy or punctate distribution of NAGK. When NAGK is doublestained with caveolin-1 or flotillin, markers for caveolae and lipid rafts, respectively, NAGK was co-localized with these markers. These results indicate that most, if not all, of the NAGK immunopunctae represent caveolae and lipid rafts, and suggest NAGK's role in these membrane microdomains. 단백질의 serine 및 threonine 잔기에 O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc)의 수식은 핵단백질과 세포질 단백질의 주요 조절인자로 부각되고 있다. 본 연구에서는 GlcNAc를 인산화시켜 GlcNAc 6-phosphate로 만드는 GlcNAc kinase (NAGK, EC2.7.1.59)의 세포내 표현을 면역화학적 방법으로 조사하였다. 배양한 해미신경세포에서 NAGK는 가지돌기를 따라 점박이(punctae)를 형성하였으며, 이 점박이들은 caveolin-1 혹은 flotillin 항체에도 염색이 되었다. 이들은 각각 caveolac와 lipid raft의 표지단백질이기 때문에 본 연구결과는 NAGK가 세포막의 이러한 특수 미세부분(microdomain)에 존재함을 의미하며, 이 미세부분에서 아직 알려지지 않은 어떤 기능을 할 것을 시사한다.