백서의 뇌 손상 후 반흔 형성과 관련된 별아교세포내 단백질 발현에 관한 면역형광 공초점 현미경적 연구

Abstract

Repair after injury to the central nervous system (CNS) results in a series of cellular processes, involving astrocytes, oligodendrocytes, and microglia. This eventually leads to formation of the glial scar, which is a clinical problem because it interferes with axonal regeneration. In order to reduce the size of glial scar, it is necessary to block a key step in the process of the glial scar formation, but the exact mechanism of that has not been known. It is known that intracellular proteins including glial fibrillary acidic protein (GFAP), nestin, vimentin, and palladin increase in the astrocytes after injury to the CNS. By studying the time course and co-expression pattern of intracellular proteins, this study would prove that these proteins are involved in the processes of glial scar formation. Twenty-five male Sprague-Dawley rats (180-250 g, 8-10 weeks old) were used in this study. Posterior to bregma of cerebral cortex was incised with sharp blade, and perfusion was performed at 12 hours, 1, 3, 7, and 14 days. Expressions of intracellular proteins were assayed, and co-localization of palladin with intermediate filament (GFAP, nestin, vimentin) and A2B5 was examined. At 12 hours GFAP and palladin were expressed. They were expressed in the white matter underlying the lesion, and then in cerebral cortex. Nestin was expressed in astrocytes in perilesional area after 3 days. A2B5 was observed in the edge of the wound at 12 hours postinjury, and its expression reaches a peak at 7 days. Vimentin was detected in white matter at 12 hours, and then in cortex. They reached a peak at 7 days. Palladin was co-localized with intermediate filaments (GFAP, nestin, and vimentin) and A2B5. Astrocytes in white matter at the bottom of the wound are activated and proliferated. Immature or reactive astrocytes at perilesional area are differentiated and proliferated, and some astrocytes migrate into the wound site, thus they constitute glial scar. In this process, embryonic proteins (nestin and vimentin) and palladin are upregulated, and they are involved in the differentiation, proliferation, and migration of astrocytes in the process of glial scar formation.; 중추신경계 손상 후 치유 과정에서 형성되는 아교세포 반흔(glial scar)은 축색돌기의 재생을 방해하는 중요한 요인이 된다. 따라서 반흔을 줄이기 위해서는 반흔 형성 기전을 밝혀 주요 과정을 차단하는 것이 효율적인 방법이 되는데, 아직 반흔 형성 기전이 명확히 밝혀져 있지 않다. 반흔 형성 시기에는 별아교세포들이 증식하고 glial fibrillary acidic protein (GFAP), 네스틴(nestin), 비멘틴(vimentin) 및 팔라딘(palladin)같은 단백질들이 세포내에서 증가한다고 알려져 있다. 저자는 신경계 손상 후 별아교세포에서 발현되는 이 단백질들에 대하여 시기별 발현 특징과 상호 공동 발현 유무를 조사하고 반흔 형성과의 관련성을 확인하여 반흔 형성 기전 연구에 도움을 얻고자 한다. 25마리의 수컷 흰 쥐들을 복강내 마취 한 후 대뇌 피질에 작은 칼날로 손상을 가하고, 각각 5마리씩 12시간, 1일, 3일, 7일 및 14일 후 희생하였다. 대뇌를 적출한 후 면역형광 염색을 통해서 GFAP, 네스틴, 비멘틴, A2B5와 팔라딘의 시간 경과에 따른 발현 부위와 특징, 그리고 팔라딘과 상호 공동 발현 여부를 조사하였다. GFAP와 팔라딘은 손상 12시간 후 손상 심부의 백질에서 발현이 뚜렷하게 증가하였고, 시간이 경과함에 따라 순차적으로 손상 주변 피질 쪽으로 발현이 증가하였다. 네스틴은 3일 후 손상 주변부에서 발현이 증가하였으며, 7일 후까지 유지되었다. A2B5는 12시간 후 손상 주변에 일부 발현되기 시작 하였으며, 7일 후까지 증가한 후 감소하였다. 비멘틴은 12시간 후부터 백질에서 일부 발현되었으며, 1일 후부터 더욱 증가하여 7일에는 손상 주변부까지 발현이 확대되었다. 팔라딘 발현 세포에서는 GFAP, 네스틴, 비멘틴, A2B5가 함께 발현되었다. 결론적으로 반흔 형성에는 백질에 존재하는 성숙한 별아교세포의 증식 및 이동의 과정과 손상 주변부에서 미성숙 세포에서 별아교세포로의 분화 혹은 기존 별아교세포의 활성화 및 증식의 과정이 존재한다. 이 과정에서 세포내 단백질들의 발현이 증가하며, 특히 팔라딘은 반흔 형성 초기에서 별아교세포의 분화, 증식 및 이동에 관여하는 것으로 생각된다.