Ask1 표적 siRNA를 이용한 대뇌허혈 치료방법 개발 = Therapeutic strategy for cerebral ischemia using Apoptosis Signal-Regulating Kinase 1 (Ask1) Targeted Small interfering RNA

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

1. Introduction : Numerous studies have reported that reactive oxygen species (ROS) can cause cell injury, directly or indirectly, through the signal transduction system. ROS plays an important role in the pathophysiology of cerebral ischemia through apoptosis. The mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascade is activated in response to diverse external stimulation, ROS, ultraviolet light (UV), and growth factors. MAPK has been shown to be involved in cell differentiation, growth, and apoptosis. Apoptosis signal-regulating kinase 1 (Ask1), a member of the mitogen-activated protein kinase kinase kinase (MAPKKK) family, is widely distributed in various cells and is thought to be essential for cell differentiation and apoptosis. In addition, Ask1 has been reported to activate under the state of stress and induce apoptosis through the MAPK cascade, SEK1-JNK signal pathway (c-Jun NH2-terminal kinase), and MAPKK3/MAPKK6-p38 signal pathway. Several studies have indicated that the JNK signaling (MAPK) is involved in neuronal cell death after cerebral ischemia. However, the role of Ask1 (MAPKKK), which is an upstream signal transduction participant in the MAPK cascade, is not well understood in brain. In this study, I investigated the association between the temporal expression profile of Ask1 and apoptotic cell death in a murine model of transient focal cerebral ischemia. In addition, the effectiveness of Ask1 down-regulation in preventing ischemic cell death was evaluated.
2. Results & Prospect : In this study, I observed that the expression of Ask1 protein was involved in the ischemic neuronal cell death process caused by transient cerebral ischemia. RNA-silencing technique efficiently blocked the expression of Ask1 mRNA and protein expression. Consequently, phosphorylated Ask1 levels were decreased and there was a significant reduction in cerebral ischemic cell death. Therefore this study introduces the possibility that blocking Ask1 may be an effective therapeutic strategy for stroke.

국문 초록 (Abstract)

a1. 연구목적 및 필요성 : 전 세계적으로 뇌졸중이 사회경제에 미치는 영향이 커지고 있으며 이는 노년층으로 갈수록 두드러지고 있음. 뇌졸중은 한번 발생 하면 영구적인 장애를 가져오기 때문에 환자뿐만 아니라 가족, 나아가 사회전반에 걸쳐 정신적, 감정적인 문제뿐만 아니라 사회 경제적인 문제를 낳음. WHO의 발표에 따르면 2020년에 이르면 뇌졸중은 관상동맥 질환과 함께 건강한 삶을 저해하는(lost of healthy life year) 가장 중요한 원인이 될 것으로 예측됨. 급성 허혈성 뇌졸중의 치료는 두 가지의 큰 연구방향인 혈전용해제와 신경보호제(neuroprotective agent)를 사용한 동물실험 및 임상실험이 진행되고 있음. 지난 6년간 이 주제에 대하여 1000편 이상의 동물실험 논문들이 발표되었고 400편 이상의 임상 연구 결과들이 발표되었음. 그러나 이중 임상실험에 성공한 치료(translational therapy)는 단 한 건도 없는 실정임. 이에 급성뇌졸중후 뇌 허혈 반음영(ischemic penumbra)를 살릴 수 있는 근본적인 방법을 최신 기법을 이용한 분자생물학적 기전을 도입하여 찾아 보고자 함.
2. 연구내용 및 범위 : MAPK cascade는 최상위 단계인 MAPKKK와 MAPKK, MAPK가 순차적으로 맞물려 활성화되는 것으로 잘 알려져 있으나, 대뇌 허혈 후의 세포사멸에서 MAPKKK signaling에 대해서는 잘 알려져 있지 않음. Ask1은 MAPKKK의 하나로 여러 종류의 세포에서 세포고사를 유도하는 것으로 보고 되었음. Ask1은 스트레스 상황에서 활성화되어 MAPK cascade들인 SEK1-JNK 신호경로와 MAPKK3/MAPKK6-p38 신호경로를 통해 세포고사를 유도한다는 것이 보고되어 있음. 이와 같이 Ask1/SEK1/JNK cascade가 대 뇌 허혈에서 세포고사를 유도하지만, 아직도 대뇌 허혈, 특히 일과성 국소 허혈에 의해 유도되는 MAPK cascade의 상위전달체계 나 Ask1의 활성기전 및 발현 양상, 세포사멸에 있어서 역할은 정확하게 규명되지 않았음. 본 연구는 마우스에 국소적으로 대뇌허 혈을 유발시켜, Ask1의 발현 및 세포고사와의 연관성을 시간적 추이 따라 조사하였음. 또한 Ask1-Small interfering RNA(Ask1-siRNA)를 제작하여, 대뇌허혈 후 Ask1의 증가를 억제함을 밝혔음. 이에 따라, 세포고사의 한 지표인 DNA fragmentation 및 신경세포고사를 막아 뇌졸중 치료방법의 발판을 놓음.
3. 연구개발결과
1) 뇌졸중후 시간에 따른 Ask1의 양적증가 및 활성이 세포고사를 유도함을 밝혀, 허혈성 대뇌 세포고사 유발에 중요한 인자임을 규명하였음.
2) Ask1-siRNA 기술로 Ask1의 양적증가를 막음으로써 뇌졸중 후 신경세포고사를 억제함을 증명함. 이는 향후 뇌졸중 치료연구 의 한 방법이 될 것이며, 뇌질환치료 연구에 기여 할 지식 및 기술이 될 것임.