생후 운동이 우울증 모델 흰쥐에서 세로토닌 합성, 기억력 및 학습능력, 해마의 신경세포생성 및 신경세포사멸에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

어미와의 분리는 생후 가장 힘든 경험 중 하나로 신경세포 죽음을 유발하고, 결국 기억력 손상을 가져온다. 세로토닌은 중추신경계에서 중요한 신경전달물질이며, 신경조절자이다. 트립토판 하이드록실라제(TPH)는 세로토닌 합성을 조절하는 효소이다. 본 연구에서는 생후 트레드밀 운동이 어미와 분리시킨 새끼 쥐에서 단기 기억력과 공간학습능력, 봉선핵에서 세로토닌과 TPH 발현, 그리고 치상회에서 세포 사멸과 세포 생성에 미치는 영향을 조사하였다. 어미와 분리시킨 새끼 쥐 집단은 생후 14일째 각각의 어미로부터 분리시켰다. 운동 집단에서 새끼 쥐들은 생후 21일째부터 10일 동안, 하루 한번 30분씩 트레드밀에서 달리기를 실시하였다. 모든 새끼 쥐들에게 생후 21일부터 10일 동안 하루 한번 BrdU 약제를 50 mg/kg 피하에 주사하였고, 항우울제 처치 집단의 새끼 쥐들은 같은 기간, 같은 시간대에 플록세틴을 5 mg/kg 피하에 주사하였다. 모든 쥐들은 처치가 시작된 후 단기 기억력 측정을 위해서 step-down avoidance task 훈련을 했고, 3일 후 기억력 보유시간을 측정하였다. 대기 시간은 300 초를 지나면, 300초로 판단하였다. 공간 학습 능력의 측정을 위해서 radial arm maze task를 실시하였다. 24시간 물을 절제시킨 새끼 쥐들이 5분 동안 여덟 개의 팔에 있는 물을 다 섭취하도록 학습시킨 후, 같은 실험을 반복하여 공간 학습 능력(수행완료 소요시간, 정답율, 오답율)을 측정 하였다. 봉선핵에서 세로토닌의 합성과 TPH 발현을 위하여 면역조직화학법을 실시하였다. 치상회에서 신경세포사멸은 TUNEL assay와 caspase-3 면역조직화학법을 실시하였다. 치상회에서 신경세포생성은 BrdU 면역조직화학법으로 결정하였다. 어미와 분리시킨 새끼 쥐에서 step-down avoidance task의 기억력 보유시간이 상당히 줄어들었고, radial-arm maze task의 오답율이 어미와 같이 있는 쥐와 비교하여 상당히 증가 하였다. 봉선핵에서 세로토닌과 TPH 발현 그리고 치상회에서 세포생성은 어미와 분리시킨 새끼쥐에서 상당히 감소하였고, 생후 트레드밀 운동은 세로토닌의 합성과 TPH 발현이 증가 하였고, 세포생성이 증가하였다. 반면에, 치상회에서 세포사멸은 어미와 분리시킨 새끼 쥐에서 상당히 증가하였고, 생후 트레드밀 운동은 어미 분리로 인한 세포사멸을 억제 시켰다. 요약하면,첫째, 어미와의 분리로 새끼 쥐는 봉선핵에서 serotonin 합성과 TPH 발현이 감소하였다. 둘째, 어미와의 분리로 새끼 쥐는 치상회에서 신경세포사멸이 증가하였고, 세포생성이 억제되어서, 그 결과 기억력과 학습능력이 떨어지게 되었다. 셋째, 생후 트레드밀 운동은 어미와 분리시킨 새끼 쥐의 봉선핵에서, serotonin 합성과 TPH 발현이 정상 수준으로 회복되었다. 넷째, 생후 트레드밀 운동은 어미와 분리시킨 새끼 쥐 해마의 치상회에서 신경세포 사멸이 억제되었고, 세포생성이 증가하여, 그 결과 기억력과 학습능력이 강화되었다. 본 연구의 결과에서 보여주듯이 생후 트레드밀 운동은 세로토닌 합성의 증가를 통해 신경세포사멸의 억제와 세포생성의 증가에 의하여 어미 분리로 인한 단기 기억력과 공간 학습 능력 감소를 완화한다. 따라서 생후 트레드밀 운동은 어미 분리의 결과 중추 신경계의 문제로 유발된 우울증을 회복하는데 도움을 줄 것이다. 결국, 어떠한 경우에라도, 어머니와 유아의 분리는 우울증에 의한 중추신경계의 부작용을 유발하게 되고, 우울증을 경감시켜주는 방

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Early adverse experiences resulting from maternal separation may lead to neuronal cell death and
they can eventually cause memory impairment. In this study, we investigated the effects of postnatal
treadmill exercise on the short-term memory capability and spatial learning ability, on the 5-
hydroxytryptamine (5-HT, serotonin) synthesis and tryptophan hydroxylase (TPH) expression in the dorsal
raphe nuclei, and on the apoptosis and cell proliferation in the hippocampal dentate gyrus of rat pups
following maternal separation. The rat pups in the maternal separation groups were separated from their
respective mothers on the postnatal day 14. The rat pups in the maternal separation group showed
deceased short-term memory capability and spatial learning ability compared to the rat pups in the maternal
care group. Postnatal treadmill exercise increased short-term memory capability and spatial learning ability
of the rat pups in the maternal separation group. The 5-HT synthesis and TPH expression in the dorsal
raphe nuclei and cell proliferation in the hippocampal dentate gyrus were significantly decreased in the
maternal-separated rat pups, and postnatal treadmill exercise increased 5-HT synthesis, the TPH
expression, and the cell proliferation. In contrast, apoptotic neuronal cell death in the hippocampal dentate
gyrus was significantly increased in the maternal-separated rat pups, and postnatal treadmill exercise
suppressed the maternal separation-induced apoptosis. The present results demonstrated that postnatal
treadmill exercise alleviated the rat pups' maternal separation-induced decrease of short-term memory
capability and their spatial learning ability by suppressing apoptotic neuronal cell death and by enhancing
cell proliferation.
Keywords: Maternal separation; Postnatal treadmill exercise; Short-term memory; Spatial
learning; Apoptotic neuronal cell death; Cell proliferation