흰쥐 신경 줄기 세포에 Proneural bHLH 전사인자 Mash1이 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

Proneural bHLH 전사인자인 Neuorogenin1 (Ngn1), Neurogenin2 (Ngn2), Mash1은 뇌 발달 과정 중 중요한 역할을 한다. Ngn은 주로 뇌의 배측부분에서 발현이 되는 반면, Mash1은 복측부분의 전두엽과 중뇌의 신경 분화에 관여를 하는 것으로 알려지고 있다. 두 전사인자는 각각의 신경 줄기 세포를 다른 종류의 신경세포로 분화를 시킨다. 하지만 이러한 기작은 정확히 알려지고 있지는 않는다. 이 bHLH 전사인자의 역할을 알아보기 위해, Ngn1과 Mash1을 retrovirus를 이용하여 흰쥐의 임신 14일 배아의 전두엽 세포를 배양하여 과발현시킨 후 실험을 하였다. Mash1은 TuJ1과 MAP2가 발현되는 신경 세포로의 분화를 유도했을 뿐만 아니라, 세포수가 증가하며 세포의 생존률이 증가하였다. 하지만 Ngn1은 신경세포로의 분화는 증가하였지만, 세포의 생존률은 LacZ (대조군) 보다 좋지 않은 결과를 얻었다. Mash1의 세포 증식과 세포생존률 증가의 원인을 확인하기 위해 역전사 중합효소연쇄반응 (RT-PCR) 실험방법을 이용한 결과, Mash1의 과발현은 sonic hedgehog의 발현을 유도하는 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로 Mash1을 과발현 시킨 세포를 흰쥐의 뇌에 이식하였을 때 역시 세포 증식과 생존률이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이 같은 결과로 세포 치료 연구에 있어 세포 이식 시 제기되는 문제점을 해결할 수 있는 방법으로 Mash1을 이용한 세포 치료가 다른 하나의 방법으로 제시 될 수 있을 것이다.; Mammalian proneural bHLH transcription factors Mash1 and Neurogenin (Ngn) play critical roles in neuronal fate determination and differentiation during the brain development. In this sturdy, we present shared but distinct roles of these two classes of the bHLHs in the behaviors of neural precursor cells (NPCs) derived from rat embryonic cortex. Transgene expressions of Mash1 and Ngn1 or 2 strikingly enhanced neuron formation from the cultured NPCs and the in vitro neurogenic effects of these two bHLH classes were not distinguishable. Consistent to cell differentiation role of Ngns, overexpression of these proteins resulted in a retarded cell growth during in vitro cell differentiation period. With our surprise, however, total cell numbers were significantly enhanced, with decreased proliferation and increased apoptosis indices, in Mash1-transduced cultures, compared with those of untransduced controls. We further revealed an interesting findings that Mash1 upregulate mRNAs and proteins of sonic hedgehog (SHH) and the enhanced SHH level is at least in part responsible for the Mash1-mediated cell survival and proliferation in differentiating NPCs. Upon transplantation into lesioned striatum of adult rat brain, Mash1-overexpressing NPCs generated significant larger grafts which were enriched with neuronal cells positive to the neuron-specific markers MAP2 and NeuN, suggesting an efficient survival, integration and neuronal differentiation in vivo from Mash1-transduced donor cells. These findings, collectively, indicate that Mash1 gene manipulation prior to cell transplantation may become a promising strategy for satisfactory neural replacement in cell transplantation approaches for brain disorders.