Proteomic analysis of cerebral proteins in the rat chronic post-ischemia pain model

Abstract

서론 복합부위통증증후군(complex regional pain syndrome, CRPS)은 극심한 통증을 유발하는 희귀 난치성 통증 질환이다. 비록 CRPS의 정확한 발병 기전은 알려지지 않았으나, 중추 및 말초 기전 모두가 CRPS의 발병에 관여한다고 알려져 있다. 기존의 연구들에 의하면 CRPS환자들에서 대뇌의 기능적 이상이 발견된다고 보고되었으나 현재까지 CRPS대뇌 단백질 발현 양상에 대해서는 연구가 이루어진 바 없다. 따라서 본 연구자들은CRPS의 중추성 기전 중 대뇌 단백질의 변화를 살펴보기 위해 CRPS의 새로운 동물 모델이라고 알려져 있는 만성 허혈 후 통증 (chronic post-ischemia pain, CPIP) 모델을 이용하여 렛트 대뇌를 대상으로 단백체학적 분석을 시행하였다.

방법 렛트 21마리를 대상으로여CPIP 동물 모델을 확립한 후기계적 역치 검사 결과에 따라 실험군과대조군으로 분류하였다. CPIP 모델 확립 21일 후 실험 동물의 대뇌를 적출하여 다면적 단백질 인식 기법(multidimensional protein identification technology, MudPIT)을 이용한 단백체학적 분석을 시행하였다. MudPIT 결과 CPIP군과 대조군의 대뇌에서 다르게 발현된 단백질을 선별하여 CPIP군과 대조군 사이의 칼모듈린(calmodulin, CaM)과 칼슘/칼모듈린 제 2 인산화 효소(calcium calmodulin kinase II, CaMKII) 발현 차이를 웨스턴블롯으로 확인하였다.

결과 CPIP군의 대뇌에서 125가지 단백질 발현이 증가하였으며 이들은 세포 신호 전달, 신경가소성, 세포 증식, 세포골격 형성과 관련된 단백질이었다. 또한 CPIP군에서프로엔케팔린(proenkephaline)을 비롯한 30가지의 단백질 발현이 감소하였다. CaM (P = 0.030)과 CaMKII (P = 0.035)의 발현은CPIP 군에서 대조군에 비해서 유의하게 증가하였다.

결론 대뇌의 기능적, 구조적 변화가 CRPS 증상 및 징후의 발현 및 유지에 관여한다고 여겨진다. 발현 차이가 있었던 개별 단백질의 CRPS 발생에 미치는 영향에 대한 추가적인 연구가 요구된다.

Background Complex regional pain syndrome (CRPS) is a rare but debilitating pain disorder. Although the exact pathophysiology of CRPS is not fully understood, central and peripheral mechanisms might be involved in the development of this disorder. To reveal the central mechanism of CRPS, we conducted a proteomic analysis of rat cerebrum using thechronic post-ischemia pain (CPIP) model, a novel experimental model ofCRPS.

Materials and Methods After generating the CPIP animal model, we performed a proteomic analysis of the rat cerebrum using a multidimensional protein identification technology, and screened the proteins differentially expressed between the CPIP and control groups. Based on these findings, we conducteda confirmation study and determinedcalmodulin(CaM) and Ca2+/CaM kinase II (CaMKII) protein expression byWestern blotting.

Results A total of 155 proteinswere differentially expressed between the CPIP and control groups: 125 increased and 30 decreased

expressions of proteins related to cell signaling, synaptic plasticity,regulation of cell proliferationand cytoskeletal formationwere increased in the CPIP group. The expression of CaM (P = 0.030) and CaMKII (P = 0.035) in the rat cerebrum was significantly increased as compared to the control group. However, pro-enkephalin A (P = 0.058), cereblon (P = 0.007) and neuroserpine(P = 0.070) were decreased in CPIP group.

Conclusion Altered expression of cerebral proteinsin the CPIP modelindicatescerebral involvement in the pathogenesis of CRPS.Further study is required to elucidate the roles of these proteins in the development and maintenance of CRPS.