인지저하 동물모델인 Ts65Dn 생쥐에서 콜린성 신경세포 시냅스의 비정상적 기능

Abstract

알츠하이머병 및 다운증후군에서 나타나는 인지저하의 동물 모델인 Ts65Dn 생쥐의 콜린성 신경세포의 생화학적·조직학적 변화를 관찰하여 상기 질환 등에서 나타나는 인지저하에 대한 콜린성 신경세포의 역할을 알아보고자 하였다. Ts65Dn 생쥐는 사람의 삼염색체21(trisomy 21)에 해당하는 부분적 삼염색체 16(segmental trisomy 16)이며, 인간의 50대 중반에 해당하는 생후 12개월의 생쥐를 사용하여 Morris water maze test(Morris 수조미로검사)로 학습능력의 평가를, Western blot으로 아밀로이드 전구체 단백질(amylod precursor protein, 이하 APP)의 양을 측정하였으며, 무스카린 (M1 selective) 작용제(agonist)를 7일간 투여한 후 APP의 변화를 측정하였다. 해마(Hippocampus) 부분의 콜린성 신경세포의 변화를 관찰하기 위해 면역화학적 세포염색(immunohistochemical analysis)을 하여 p75 신경성장요소 수용체(p75 nerve growth factor receptor, 이하 p75 NGFR)의 발현을 관찰하였고, 시냅스의 조직학적인 변화를 보기위해 전자현미경을 사용하였다. 결과는 아래와 같다. 1. 생후 12개월된 Ts65Dn 생쥐는 Morris 수조미로검사에서 연장된 탈출시간(escape latency)을 보여 기억과 학습능력의 저하를 시사하였다. 2. 생후 12개월된 Ts65Dn 생쥐는 대조군에 비해 해마의 APP가 증가되었다. 3. 생후 12개월된 Ts65Dn 생쥐는 F1 대조군이나 젊은 정상 생쥐와는 달리 APP 발현에 대한 무스카린성 조절작용 (muscarinic regulation)이 나타나지 않았다. 4. 생후 12개월된 Tas65Dn 생쥐의 해마형성체의 치아이랑(dentate gyrus, 이하 DG)에서 p75 NGFR의 발현이 감소되었다. 5. 전자현미경 소견상 생후 12개월된 Ts65Dn 생쥐의 해마형성체의 DG의 시냅스 숫자가 현저히 감소하였고 시냅스 길이는 증가하였다. 이상의 결과로, 부분적 삼염색체 16, Ts65Dn 생쥐에서 콜린성 신경시스템의 이상으로 무스카린성 조절이 비정상적으로 일어나며 콜린성 신경세포의 퇴행, 감소된 시냅스의 수 등의 요인들이 인지와 학습능력의 증상에 중요하게 기인한다고 볼 수 있다.;Segmental trisomy 16, Ts65Dn mice is a model of human trisomy 21 (Down's syndrome; DS) and also mimics some aspects of Alzheimer's disease (AD). We determined cellular and biochemical changes associated with cognitive performance in these mice by the age of 12 months. Major findings were as follows : 1. Ts65Dn mice showed significantly increased escape latency in Morris water maze test indicating the decline of learning and memory function. 2. Ts65Dn mice showed increased levels of the expression of amyloid precursor protein (APP) in Western blot analysis. 3. To determine whether cholinergic stimulation can change the expression levels of APP, we chronically administered muscarinic agonist into these Ts65Dn mice. In this experiment, the stimulation of muscarinic receptor increased hippocampal APP levels in Ts65Dn mice by 12 months of age, while it decreased the hippocampal APP levels in F1, parental strain background control mice at the same age. 4. Hippocampal p75 NGFR was regionally decreased in dentate gyrus (DG) in Ts65Dn mice at 12 months of age. 5. Using electron microscopy, we found that Ts65Dn mice have decreased number of synapse and increased length of appositional zone in the DG area. These results indicate that Ts65Dn mice acquire a biochemical dysfunction in hippocampal responses associated with the cholinergic system. These data suggest that high APP levels and degeneration of the cholinergic system are critical to the pathology and cognitive deficits seen in Ts65Dn mice.