Adenylate kinase family의 장기 및 조직 특이적 발현과 AK5 isozmye의 뇌 영역별 발현 특성

Abstract

Adenylate kinase (AK)는 원핵 생물부터 진핵 생물까지 모든 생명체에 광범위하게 존재하는 효소로서, 인산기 전이 반응을 가역적으로 촉매 함으로써, ATP, ADP 및 AMP의 동적 평형을 이뤄 에너지 대사에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 그리고 최근 연구에 따르면 isozyme의 종류의 따라 에너지 대사 뿐만 아닌 moonlighting protein으로서의 세포 증식 혹은 세포 사명과 관련된 중요한 생리적 기능을 수행함이 보고되고 있다. 본 연구에서는 Real-time qPCR을 통해 각 AK isozyme들의 mRNA 발현 양상을 살펴보았다. (1) 마우스 장기 별 AK family의 발현 양상 : AK1은 근육, 심장에서 많이 발현하였고, AK2는 간, AK3는 신장과 간에서, 그리고 AK4는 신장에서 가장 많이 발현되는 것으로 확인되었다. AK5는 뇌에서만 특이적으로 발현하였고, AK6, AK7, AK8은 고환에서 가장 많이 발현되었다. AK5는 western blot을 통해 단백질 발현도 mRNA와 같음을 확인 하였다.; (2) 뇌 세부 영역별 발현 양상 : AK1, AK2, AK3, AK6는 olfactory bulb, frontal cortex, striatum, cerebellum, hippocampus, parietal cortex에서 비슷한 발현 양을 보였으나, AK4는 cerebellum과 hippocampus에서 가장 많이 발현되며, olfactory bulb와 striatum에선 낮은 발현 양이 확인되었다. AK5는 hippocampus에서 가장 많은 발현 양을 보였으며, frontal cortex와 parietal cortex에서도 많이 발현되었으나, cerebellum에선 거의 발현되지 않았다. AK5 단백질의 발현을 확인한 결과, mRNA와 같은 양상으로 발현함을 확인하였다.; (3) embryonic부터 성체까지의 뇌 성숙 발달 단계별 AK5의 발현 양상 : mRNA의 발현은 Cerebellum을 제외한 나머지 5개 영역에서는 embryonic 단계부터 성체가 될 때까지 발현 양이 증가한다. 특히 hippocampus에서 급격하게 증가하여 가장 많은 발현 양을 확인하였다. 단백질의 발현은 cerebellum을 제외한 나머지 영역에서 생후 3일과 14일에 높은 증가율을 보였고 발달과정에 따라 증가하였다. Cerebellum에서는 생후 7일 이후로 발현 양이 감소하였다.; (4) 뇌 질환 모델로서 Alzheimer’s disease 마우스 뇌의 AK5 발현 양상 : Tg6799 mice의 뇌에서 mutant의 AK5 mRNA 발현양은 littermate보다 감소되어 있는 것을 확인하였다. 그 중 hippocampus에서는 littermate의 절반 이하의 양이 발현됨을 확인하였다. 본 연구의 결과, AK family의 isozyme별 조직특이성으로 미루어 볼 때, 전형적인 energy metabolism에 국한된 기능만이 아닌 이미 보고된 세포 사멸 및 증식과 같은 별도의 기능을 수행할 것으로 예상될 뿐만 아니라, 이외의 중요한 생리적 기능을 나타내고 있음을 예상할 수 있는 결과를 보여주었다. 특히, 뇌 조직에 특이적인 AK5의 발현 양상과 뇌 조직의 성숙단계의 발현 양상, 그리고 Alzheimer 질병모델의 hippocampus에서 현저히 감소된 발현 양을 토대로 AK5는 학습과 기억에 관련된 neuronal function에 영향을 미칠 것으로 추정되며, 이에 대한 후속 연구는 치매 치료분야의 새로운 의미를 부여할 수 있을 것으로 사료된다.