Browse

Studies on the role of protein synthesis and degradation in memory modification and chronic pain
기억의 변형 및 만성 통증에서의 단백질 합성과 분해의 역할 연구

Cited 0 time in Web of Science Cited 0 time in Scopus
Authors
최준혁
Advisor
강봉균
Major
자연과학대학 생명과학부
Issue Date
2014-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
단백질 합성단백질 분해학습기억기억 변형신경 병증성 통증만성 통증전대상피질구조 단백질Protein synthesisProtein degradationLearningMemoryMemory reorganizationNeuropathic painChronic painAnterior cingulate cortexScaffolding protein
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 생명과학부, 2014. 8. 강봉균.
Abstract
단백질 합성과 분해는 다양한 세포의 기능 조절하는 필수적인 현상이다. 신경 기능 또한 단백질 합성과 분해에 의해 조절된다. 신경세포에서는 단백질 합성과 분해의 기초적인 기능 외에도 시냅스 가소성을 위한 특정 단백질들의 합성과 분해가 필수적인 순간들이 있다. 수십 년의 뇌 연구에도 불구하고 특정 단백질들의 합성과 분해가 특정 뇌 기능에 필수적인 순간들에 대해 아직 모르는 경우가 많다.
일부 연구들에서 기존의 기억에 추가되는 정보 습득에 의해 단백질 합성을 동반하는 과정이 유도된다는 것을 밝혔지만, 기존 기억의 내용이 변화되는 과정에서 단백질 합성과 분해가 어떠한 역할을 하는지는 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 기존 기억과 연관된 부분적인 정보가 변화되어 기억의 변형을 유도하는, 물체 재배치 과제를 활용하였다. 단백질 합성과 분해 억제제 모두 변화된 정보의 적절한 수용을 각각 특정한 방식으로 차단하였다. 이 결과들은 단백질 합성과 분해가 기억의 변형에 주요한 역할을 한다는 것을 보여준다.
시냅스 단백질의 합성과 분해는 시냅스 구조의 재구성과, 그에 따른 시냅스의 강도의 변화를 조절한다. 기억과 마찬가지로 통증의 기본적인 메커니즘도 이러한 시냅스 강도의 변화로 알려져 있다. 본 연구에서 우리는 전대상피질(ACC)에서의 시냅스 단백질들의 합성과 분해가 만성 통증에 관여하는지 연구하였다. 만성 통증이 유도된 생쥐에서 행동실험, immunoblot 실험, 시냅스 돌기 구조 분석, 그리고 전기생리학적 측정을 수행하였다. 이를 통해 첫째, ACC에서의 단백질 합성 억제가 신경병증 통증과 염증 통증에 의한 이질통 반응을 감소시키는 것을 확인하였다. 하지만 단백질 분해 억제제는 단백질 합성 억제제의 이러한 이질통 반응 감소 효과를 상쇄하였다. 둘째로 신경병증 통증이 ACC에서 시냅스의 구조 단백질들의 활발한 단백질 합성을 유도한다는 것을 확인하였다. 마지막으로 ACC에서의 단백질 합성 억제가 만성통증에 의해 유도된, 시냅스의 구조적이고 기능적인 변화를 되돌리는 것을 확인하였다. 이 결과들은 ACC에서 시냅스 구조 단백질들의 지속적으로 증가된 합성이 만성 통증에 기여한다는 사실을 보여준다.
Protein synthesis and degradation is an essential process in cells underlying regulation of various cell functions. Neural functions are also heavily regulated by protein synthesis and degradation. In addition to basic functions of protein synthesis and degradation, there are critical periods in neuronal synaptic plasticity where protein synthesis and degradation of certain proteins are essential. Although decades of studies on brain there may still be many critical points we do not know. It is important to understand where and when protein synthesis and degradation of specific proteins are essential for specific function of brain.
Although some reports indicate that protein synthesis-dependent process may be induced by updating information, the role of protein synthesis and degradation in changing the content of pre-existing memory is still not clear. In this study, I utilized an object rearrangement task, in which partial information related to a pre-existing memory is changed, promoting memory modification. Inhibitors of both protein synthesis and protein degradation impaired adequate incorporation of the altered information, in a distinctive way. These results indicate that protein synthesis and degradation may play key roles in memory modification.
Change in synaptic strength is believed to be the fundamental mechanism of pain as well as memory. In this study, I also examined whether synthesis and degradation of synaptic proteins in the anterior cingulated cortex (ACC) is involved in chronic pain. I performed behavioral tests, immunoblot analysis, spine structure analysis and electrophysiological measurements in the ACC suffering from chronic pain. First, I found that blocking of protein synthesis with anisomycin in the ACC decreased mechanical allodynia response in mice experiencing neuropathic or inflammatory pain. However, administration of protein degradation inhibitor prevented anisomycin from ameliorating the allodynia response. Second, I revealed that neuropathic pain leads to active degradation and synthesis of postsynaptic scaffolding proteins in the ACC. Finally, protein synthesis inhibition in ACC reversed the structural and functional changes in synapses induced by chronic pain. These results suggest that ongoing synthesis of synaptic scaffolding proteins in the ACC contributes to the chronic pain.
Language
English
URI
https://hdl.handle.net/10371/121394
Files in This Item:
Appears in Collections:
College of Natural Sciences (자연과학대학)Dept. of Biological Sciences (생명과학부)Theses (Ph.D. / Sc.D._생명과학부)
  • mendeley

Items in S-Space are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Browse