BDNF 발현 감소를 통해 조현병 유사 행동을 증가시키는 Chi3L1 결핍 = Chi3L1 deficiency increases schizophrenia-like behavior by decreasing BDNF level

국문 초록 (Abstract)

Chitinase-3-like protein 1(Chi3L1)은 신경퇴행성 질환과 가장 높은 연관성을 보이는 유전자 중 하나이며, 조현병(SCH)은 최근 증가하고 있는 인간 생명 위협성 신경퇴행성 질환이다. 뇌 유래 신경영양인자(BDNF)의 변화는 SCH 의 중요한 기여 인자로 제시되어 왔으며, SCH 환자 분석 데이터에서는 Chi3L1 이 유의하게 증가하는 반면 BDNF 는 감소되어 있었다. Chi3L1 과 SCH 의 연관성을 규명하기 위해 Chi3L1 결손(KO) 및 Chi3L1 정상(WT) 형질전환 마우스를 이용하여 행동실험을 수행하였다. 또한 in vitro 연구에서는 PC12 세포에 Chi3L1 siRNA 를 전사하여 knockdown 을 유도한 후 NGF 처리 후 neurite outgrowth 와 칼슘 수준을 측정하였다. In vivo 연구에서는 Chi3L1 KO 마우스에서 elevated plus maze 를 통한 불안 증가와 pre-pulse inhibition 검사를 통한 감각운동 차단 능력 감소가 유의하게 나타났다. 기전 연구에서는 Chi3L1 KO 마우스의 전전두엽(PFC)에서 BDNF 단백질 및 mRNA 발현뿐 아니라 시냅스 가소성도 감소하였다. BDNF 억제와 일치하게 칼슘 수준과 칼슘 신호 관련 단백질(p-Akt, calpain-1)의 발현도 감소하였다. In vitro 연구에서 Chi3L1 siRNA 에 의한 knockdown 은 PC12 세포에서 BDNF 발현과 neurite outgrowth 뿐 아니라 칼슘 수준 및 그 신호(p-Akt, calpain-1 발현)도 유의하게 감소시켰다. LY294002(PI3K/Akt 경로 억제제) 또는 EGTA(칼슘 킬레이터) 처리된 PC12 세포에서는 neurite 성장이 억제되었으나 BDNF 처리에 의해 회복되었다. 이러한 결과들은 Chi3L1 이 BDNF 수준의 감소를 통해 SCH 발병에 중요한 기여 요인이 될 수 있음을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• I Introduction 5
• 1. Schizophrenia 5
• 2. CHI3L1 and Schizophrenia 7
• 3. BDNF 10
• II Materials and methods 11
• 1. Animals 11
• 2. Behavioral test 11
• 3. Open field test 12
• 4. T-maze 12
• 5. Y-maze 13
• 6. Elvated plus mase 14
• 7. Barnes maze 14
• 8. Pre-pulse inhibition of the startle response 16
• 9. Forced swim test 16
• 10 Brain collection and preservation. 17
• 12. Western blotting 18
• 13. BDNF assay 19
• 14. Neruotransmitter assay 19
• 15. Golgi staining 19
• 16. Histochemical staining for calcium. 20
• 17. PC12 cell culture and neurite outgrowth 20
• 18. Neurite outgrowth assay 21
• 19. Transfection of siRNA 21
• 20. Fluorescence microscopy 22
• 21. RNA isolation and quantitative real-time RT-PCR 22
• 22. Web‐based analysis 23
• 23. Statistical analysis 24
• III Results 25
• 1. Clinical correlation between Chi3L1 in SCH patients 25
• 2. Chi3L1 KO mice show anxiety, learning and spatial reference memory deficits, and sensorimotor gating impairment 30
• 3. Chi3L1 KO mice show less levels of BDNF 36
• 4. Calcium level is decreased in Chi3L1 KO mice and Chi3L1 siRNA transfected PC12 cells 44
• 5. Decreased plasticity in Chi3L1 KO mice and neurite outgrowth in Chi3L1 siRNA transfectedPC12 cells 51
• IV Discussion 60
• References 65