Effects of folate status on the expression of myelin basic protein in the brain and spinal cord of pregnant and lactating rats

Abstract

Pregnancy and lactation are accompanied by alterations in the neurological function. The myelin sheath supports the fast nerve conduction in the nervous system, and myelin basic protein (MBP) is a structural protein of myelin. MBP has methylarginine at position 107, and this methylarginine is catalysed by a transmethylation reaction to the preformed MBP. Folate is required for normal development of the nervous system, participating in methylation reaction. It is assumed that folic acid deficiency induces hypomethylation of MBP, and this affects myelin and neurological function during pregnancy and lactation. This study was preformed to examine the effect of folic acid deficiency on the expression of MBP in the maternal brain and spinal cord according to reproductive states. Female Sprague-Dawley were divided into 2 groups : folic acid sufficient diet group and folic acid deficient diet group. The animals were sacrificed on 2 weeks prior to the mating, pregnancy day 20 and 3 weeks of lactation. The expression of MBP in the brain and spinal cord was determined by western blot analysis and immunohistochemical method. In the present study, the results did not show a significant protein expression differences between folic acid sufficiency group and folic acid deficiency group at each state. But folic acid sufficiency significantly increased the expression of MBP at pregnancy day 20 compared with pre-pregnany. But in the same period, folic acid deficiency could not increase the protein expression. Recent studies have reported that the experiences of pregnancy and lactation enhanced the maternal neurological function. A recent animal study reported an increase in the generation of myelin-forming oligodendrocytes and in the number of myelinated axons in the maternal murine CNS. In the present study, the result that folic acid deficiency couldn’t increase the expression of MBP during pregnancy is important because it means folic acid can be a harmful factor when CNS functions are enhanced according to the pregnancy and lactation. Western blot and immunohistochemical analysis showed the expression of MBP is higher in the spinal cord than cerebral cortex and hippocampus, although MBP is present in various neuron subpopulations of rat CNS. In addition, in the spinal cord, folic acid deficiency tends to decrease the protein expression throughout pre-pregnancy, pregnancy, and lactation, although the differences were not significant. This result reveals that folic acid deficiency possibly affects harmful effects on the spinal cord of pregnant and lactating rats. The low expression of MBP by folic acid deficiency during pregnancy may affect the remyelination during pregnancy. And this might inhibit the enhancement of maternal neurological function. Although it is difficult to assert the effects of folic acid deficiency, these results show that folic acid supplementation can play an beneficial role for the neurological functions in the maternal brain and spinal cord during pregnancy and lactation. So far the importance of maternal folate nutrition status is focused on the brain development in the offsprings. But this result shows that folic acid supplementation is important for the neurological functions in the maternal brain and spinal cord.;임신 및 수유에 따라 모체는 다양한 신경학적 변화들을 겪게 된다. 이러한 신경학적 변화에 있어서 영양은 주요한 요소가 되지만 지금까지 모체 영양의 중요성은 자손의 뇌발달과 관련하여 설명되어져 왔다. 수초는 신경 전도를 빠르게 하는 역할을 하며, 수초를 구성하는 주요 구조 단백질 중 하나인 myelin basic protein (MBP)은 메틸화 반응을 통하여 엽산 영양의 영향을 받을 것으로 추측된다. 엽산의 결핍은 체내 저메틸화를 일으켜서 MBP의 기능을 저해하고, 이는 다시 수초의 기능과 신경기능에 영향을 줄 것으로 생각된다. 따라서 본 연구에서는 엽산 영양이 모체의 신경발달에 미치는 영향을 알아보고자, 엽산 결핍에 따른 어미 쥐의 뇌와 척수조직에서의 MBP 발현 변화를 분석하였다. 생후 6주령 Sprague-Dawley종 암컷 흰쥐를 두 그룹(엽산 보충군, 엽산결핍군)으로 나누어 식이를 공급하였고, 실험식이를 먹인지 2주, 임신 20일째, 수유 3주 시점에서 실험동물을 희생하여, 뇌와 척수 조직에서 MBP 발현을 측정하였다. MBP 발현은 western blot 분석과 면역염색방법에 의해 측정, 관찰되었다. 본 연구에서 임신전, 임신 20일째, 수유 3주의 각 시점에서 엽산 보충군과 엽산 결핍군의 MBP 발현은 유의적인 차이를 보이지 않았다. 그러나 엽산 보충군에서는 cerebral cortex에서 임신전에 비해서 임신 20일째 MBP의 발현이 유의적으로 증가되었다. 반면 엽산 결핍군은 같은 시기, 같은 조직에서 MBP 발현을 증가시키기는 하였지만, 유의적이지는 않았다. 최근의 연구결과들은 임신기의 신경기능 증진을 보고하고 있는데, 임신기의 수초 형성 세포가 많아진다는 보고도 있었다. 본 연구에서 엽산 결핍식이는 임신기 MBP 발현 증가가 제대로 유도되지 못하도록 하는 역할을 함으로써 임신기 신경기능에 영향을 줄 것으로 생각된다. 본 연구에서 MBP의 발현은 cortex 나 hippocampus 보다 spinal cord에서 많이 발현되는 것을 보았다. 또한 spinal cord에서 엽산 결핍은 임신전, 임신 20일째, 수유 3주 시기에서 MBP 발현을 유의적이지는 않았지만 감소시키는 경향을 나타내었다. 이 결과는 엽산 결핍이 임신전, 임신 및 수유기 어미쥐의 spinal cord 에 해로운 영향을 주는 가능성이 있음을 보여준다. 본 연구를 통해서 엽산 영양이 임신기 모체의 MBP 발현 증가 및 신경기능 증진에 도움이 된다는 것을 알 수 있었다.