세레브론에 의한 쥐 해마에서 시냅스 가소성 조절 연구

Abstract

초 록

세레브론에 의한 쥐 해마에서 시냅스 가소성 연구

고희연

협동과정 뇌과학 전공

서울대학교 대학원

70 이하의 지능지수 (IQ)로 정의되는 mental retardation (MR)은 주로 18세 이전의 어린 나이에 발병하여 cognition과 adaptive skill의 저하를 보이며 유병률이 1-3 %에 이르는 매우 흔한 질병이다. 많은 MR 연구들이 학습과 기억을 담당하는 해마에서 시냅스 가소성 연구를 통해 신경세포 내에서 역할을 규명하는 연구들로 이루어져 왔다. 세레브론 (cereblon

CRBN) 은 autosomal recessive non-syndromic MR을 일으키는 유전자 중 하나이다. 세레브론 유전자에 이상이 생기면 human monogenic disorder 중에서 dysmorphic feature나 physical anomalies없이 mild mental retardation phenotype을 보인다. 세레브론 또한 시냅스 가소성 연구를 통해서 그 기능을 알 수 있다. 그러나 세레브론이 시냅스 가소성을 조절하는지에 대해서는 알려진 바가 없다. 본 연구자는 정신지체를 일으키는 유전자 중 하나인 세레브론이 시냅스 가소성 조절에 기여하는지 알아보기 위하여 세레브론 유전자 결핍 마우스의 해마에서 전기생리학적 방법을 사용하여 실험을 진행하였다. 우선 세레브론 유전자 결핍 마우스 해마에서 기본적인 시냅스에서의 신호전달이 제대로 일어나는지 확인하기 위해 input output relationship을 측정한 결과 정상임을 확인하였다. 그 다음 시냅스 전 세포 말단에서 신경전달물질을 분출하는 과정에 문제가 있는지 알아보기 위해 paired pulse ratio를 측정하였다. 그 결과 세레브론 유전자 결핍마우스에서 paired pulse ratio가 증가하는 것을 확인하였다. 장기 강화와 장기 약화를 측정하였을 때는 장기 약화는 대조군과 비슷한 수준을 보였지만 장기 강화는 대조군보다 더 증가하는 수준을 보였다. 세레브론 유전자 결핍 마우스에서 paired pulse ratio 증가와 장기 강화의 증가에 대한 원인을 찾고자 세레브론과 상호작용하여 negative하게 조절된다고 알려진 large conductance calcium activated potassium channel (BK channel)의 blocker를 처리하여 input output relationship, paired pulse ratio, 장기 강화를 각각 측정하였다. 그 결과 대조군에서는 모두 약물에 의한 변화가 없었다. 그러나 세레브론 유전자 결핍 마우스에서는 input output relationship에서는 변화가 없었지만 paired pulse ratio와 장기 강화에서 약물을 처리하였을 때 대조군의 수준만큼 회복되는 것을 관찰하였다. 따라서 세레브론 유전자 결핍 마우스에서 paired pulse ratio 증가와 장기 강화의 증가가 BK channel을 막았을 때 정상수준만큼 회복되는 것을 관찰한 것은 세레브론이 BK channel을 조절함으로서 시냅스 가소성 조절에 관여할 수 있다는 가능성을 제시하고 있다.

주요어 : 세레브론, 시냅스 가소성, 해마, 장기강화, 짝지은 펄스 비, 큰 전도성 칼슘 의존성 칼륨통로

학 번 : 2010-20393

Abstract

The regulation of synaptic plasticity by Cereblon in the mouse hippocampus

Hui Yeon Ko

Interdisciplinary program in Neuroscience

The Graduate School

Seoul National University

Mental retardation (MR) affects approximately 1-3% of the general population. About 300 genes are known to cause MR. Cereblon(CRBN) is highly expressed in the brain, and is related to an autosomal recessive non-syndromic mental retardation which associated with IQs ranging from 50 to 70. However, the pathological mechanism of CRBN is not fully understand. CRBN interacts with some proteins that play an important role in learning and memory

therefore the main goal of this paper to study the function of CRBN on the regulation of hippocampal synaptic plasticity, which is strongly related to the learning and memory. It orders to study the changes in synaptic neurotransmission and plasticity in CRBN knockout mice, I examined field excitatory postsynaptic potential (fEPSP) recordings in schaffer colleteral pathway of mouse hippocampus. Basal synaptic transmission measured by input/output relationship was normal in CRBN KO mouse. I tested a paired-pulse ratio (PPR) to check a change of neurotransmitter release in presynaptic terminal, and found it was reduced in CRBN KO mouse. Interestingly I found an increase in theta burst stimulation induced long term potential (LTP) induction, whereas a low frequency stimulation long term depression (LTD) was normal in CRBN KO mouse. CRBN reduces the surface expression of BKCa channels by binding with its  subunit. BKCa channels regulate spike repolarization and transmitter release in the presynaptic terminal of hippocampus. Thus it is possible that the changes in synaptic transmission and plasticity in CRBN KO mice are due to a change in BKCa channel activity. To test this hypothesis, I applied iberiotoxin, a BKCa channel inhibitor to the hippocampus of CRBN KO mice. Even Iberiotoxin was applied, basal synaptic transmission measured by input/output relationship was normal in CRBN KO mouse. But after application of Iberiotoxin, PPR and LTP were recovered in CRBN KO mouse. These results indicate that CRBN could modulate synaptic plasticity by interacting with BKCa channel.

Keywords : Cereblon, Synaptic plasticity, Hippocampus, Long-term potentiation, Paired-pulse ratio, BKCa channel Student number : 2010-20393