Studies on Synaptic Plasticiy by Genetic Manipulation via Adeno-Associated Virus Expressing bPAC and PI3Kγ

Abstract

Adeno-associated viruses (AAV) 는 다양한 생물종에 외래의 유전자를 도입하는 매개체로서 널리 사용되는 실험적 방법으로, 도입된 유전자의 안정적인 발현과 생물학적 안정성을 가지고 있기 때문에 다른 종류의 바이러스와 비교하여 그 선호도가 매우 높다. 이러한 AAV의 장점과 광유전학을 결합하여 특정 단백질 (효소) 또는 세포 내 신호 전달 체계를 시공간적 정확성을 가지고 조절 함으로써 생쥐의 뇌에서 신경 가소성을 연구 하였다. 첫 번째 실험에서는 AAV2/1으로 항원형이 결정된 vector에 빛에 의해 활성화되는 cyclase인 euPAC 또는 bPAC을 삽입 하였다. 생쥐 뇌의 ACC 부위에 PAC 유전자를 AAV를 이용해 전달한 후 cAMP 효소-면역 반응 분석을 통해 PAC의 기능을 확인 하였다. 비록 euPAC이 발현된 ACC 절편을 광활성화 시켰을 때 세포 내의 cAMP 수준이 증가되는 것을 관찰하지 못했지만, bPAC이 발현된 ACC 절편에서는 세포 내 cAMP 수준이 현저하게 증가하는 것을 확인 하였다. 두 번째 실험에서는, PI3Kγ의 촉매 아단위 (subunit)인 p110γ를 칼슘 / 칼모듈린 의존 단백질 인산화 효소 II α (Ca2+ / calmodulin-dependent protein kinase II α, CaMKIIα) 프로모터에 의해 발현이 조절되는 vector에 삽입하여 이를 해마체의 CA1 지역에 과발현 시켰다. 이후 행동학적, 전기생리학적 실험을 통해 p110γ가 과발현 된 생쥐에서 어떠한 변화가 있는지 알아보았다. 그 결과 p110γ의 과발현은 NMDA 수용체 의존적인 장기 억압 (long-term depression, LTD)을 손상 시켰으며 이로 인하여 해마체 의존적인 공간 탐색 학습 능력이 크게 감소하였다.