레스트 레벨 조절을 통한 폴리유비퀴틴 유전자 Ubb 결손에 의해 유발된 신경전구세포 분화 조절이상 극복 방안 = Regulation of Rest levels to overcome dysregulation of neural progenitor cell differentiation caused by the disruption of polyubiquitin gene Ubb

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Disruption of the polyubiquitin gene Ubb leads to dysregulated differentiation of neural stem/progenitor cells (NSCs/NPCs) and apoptosis in cells cultured in vitro. It has also been shown that the aberrant activation of Notch signaling may be responsible for the impaired phenotypes in Ubb-/- cells. However, further investigations are required to elucidate the additional cause of the dysregulation in Ubb-/- cells, because the pharmacological intervention of Notch signaling could only partially restore the impaired phenotypes. Here, I found the elevated levels of repressor element-1 silencing transcription factor (REST) in Ubb-/- cells. To determine whether the elevated REST levels lead to dysregulation of NSC/NPC differentiation, I made an attempt to reduce REST levels in Ubb-/- cells. To accomplish this, I infected cells with lentivirus harboring shRNA against Rest at the beginning of the cell culture. Upon Rest knockdown (KD), Ubb-/- cells showed the increased expression of the neuronal marker βIII-tubulin (TUJ1) and the restored expression pattern of the early neuronal marker α-internexin (α-INX). Furthermore, an apoptosis induced by ubiquitin-deficiency was reduced in cells cultured in vitro via Rest KD. Therefore, my study confirms that cellular ubiquitin levels are crucial for the precise control of regulatory protein levels, such as REST, during neurogenesis. I would like to suggest the regulation of Rest levels as a promising approach to overcome dysregulation of NSC/NPC differentiation caused by the disruption of polyubiquitin gene Ubb.

국문 초록 (Abstract)

폴리유비퀴틴 유전자 Ubb 결손에 의한 유비퀴틴 레벨 부족은 생쥐와 생체외 배양 세포 모두에서 신경세포의 감소와 반응성 아교세포증 등을 유발한다. 하지만 감소한 유비퀴틴의 레벨이 이러한 표현형을 유발하는 자세한 기전에 대해서는 많이 알려져 있지 않았다. 본 연구에서는 레스트(REST) 단백질이 Ubb 결손 세포에서 야생형보다 레벨이 높게 유지됨을 확인하였고, 신경세포로의 분화를 촉진하는 조건에서의 세포배양 초기에 렌티바이러스를 이용한 shRNA 주입을 통하여 레스트의 발현 레벨을 낮춰주었을 경우, Ubb 결손 세포에서 신경세포마커 유전자 Tuj1의 발현이 증가하는 것과 다른 초기 신경세포마커 유전자인 α-internexin의 발현 양상이 야생형과 같이 돌아오는 것을 확인하였다. 이는 레스트의 레벨을 조절함으로써 Ubb결손에 의해 유발된 신경세포분화이상을 회복시킬 수 있음을 시사한다. 이러한 분화조절 외에도 레스트의 발현을 낮춰주었을 경우, Ubb 결손 세포 배양시 관찰되는 세포사멸 또한 일부 감소하는 것을 확인하였고, 이는 Ubb 결손세포에서 유발되는 세포사멸은 부분적으로 레스트 의존적임을 암시한다. 그러므로 세포 내 유비퀴틴 레벨은 레스트와 같은 조절 단백질의 정확한 조정에 중요하며, 레스트 레벨 조절은 Ubb결손으로 유발된 분화이상을 극복할 수 있는 유망한 방안으로 생각된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. INTRODUCTION 1
• 2. MATERIALS AND METHODS 4
• 3. RESULTS
• 3.1. Elevated levels of REST in Ub-deficient neurons cells cultured in vitro 9
• 3.2. Increased neuronal differentiation capacity in Ub-deficient cells cultured in vitro via Rest knockdown 12
• 3.3. Decreased apoptosis induced by disruption of polyubiquitin gene Ubb via Rest knockdown 16
• 4. DISCUSSION 31
• 5. REFERENCES 36
• ABSTRACT IN KOREAN 39