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척수 편측절단 손상 후 일회성 운동량에 따른 neurotrophins 단백질발현 및 수용체 활성

The effects of quantity of treadmill exercise on expression of neurotrophins and receptor after spinal cord hemisection in the rats.

서태범|김종오|한재덕|정일규|오명진
한국운동생리학회|2011.11|운동과학 (Exercise Science)|제20권 제4호|pp. 475-486|DOI 10.15857/ksep.2011.20.4.475

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BDNFNGF척수손상Spinal cord injuryTrkB트레드밀 운동Treadmill exerciseTrkA신경성장 관련인자NT3TrkC

초록

본 연구는 흰쥐의 흉추 9번을 반측절단 손상을 유발시키고, 1주 동안의 휴식 후 저강도 운동 처치를 15분, 30분, 60분, 90분으로 나누어 1회 실시하였으며, 운동직후 손상신경조직을 적출하여 형태적 변화와 신경성장관련 인자들의 발현정도를 분석하였다. 실험동물은 7주령된 SD계열 수컷 흰쥐 60마리를 실험대상으로 normal 그룹, 척수손상(SCI) 대조군, SCI+운동15분그룹, SCI+운동30분그룹, SCI+운동60분그룹, SCI+운동90분그룹으로 총 6그룹으로 설정하였다. 운동처치는 저강도운동으로 1회 실시하였다. 그 결과 BDNF 단백질의 발현량은 운동 60분 > 30분 > 90분 > 15분순으로 60분에서 가장 많이 발현되었으며, 수용체인 TrkB mRNA의 발현량은 30분 운동그룹에서만 높게 발현되었다. NGF 단백질 발현량은 손상 후 운동그룹 모두가 손상그룹보다 높게 나타났으며, 수용체인 TrkA mRNA의 발현량은 운동 15분 > 60분 > 30분, 90분순으로 운동 15분에 가장 높게 발현되었다. NT3 단백질 발현량에서는 운동 30분, 60분 > 90분 > 15분순으로 운동 30분과 60분에서 높게 나타났으며, 수용체인 TrkC mRNA의 발현량은 운동 30분 > 60분, 90분 > 15분순으로 운동 30분에서 가장 높게 발현되었다. 형태학적인 변화로 반응성 별아교세포의 변화는 일회적인 운동량만으로는 변화가 나타나지 않는 것을 확인하였다. 이상의 결과를 종합한 결론은 척수손상 후 운동처치에 따른 신경성장관련 인자들의 발현량은 운동 약 30분~60분정도에서 높게 나타나는 것을 확인하였다.

Abstract

Sixty male Sprague-Dawley rats (230±10 g; 7 week in age) were assigned equally to six different groups; Normal (n=10), Spinal cord injury (SCI)(n=10), SCI+15m treadmill training (TMT)(n=10), SCI+30 mTMT (n=10), SCI+60 mTMT (n=10), SCI+90 mTMT (n=10). Every rat in SCI and SCI+TMT groups underwent laminectomy at thoracic vertebra ninth(T9) level and then hemisection the exposed spinal cord site in the anesthetized condition. After one week-recovery from injury, rats in SCI+TMT group exercised on a motorized treadmill for 15, 30, 60, 90 min/d. All tissues were used for H&E, immunofluorescence staining, Western blot and RT-PCR. The data obtained were analyzed by one-way ANOVA and Tukey`s post-hoc. and presented as mean±standard deviation. BDNF induction levels in the injured spinal cord significantly showed more increases in exercise group with SCI and were highly correlated with time of exercise, but NGF did not differ from another groups. TrkB mRNA which is receptor for BDNF was increased in only exercise group for 30 minutes and TrkA mRNA which is receptor for NGF was upregulated in two exercise group for 15 and 60 minutes. Also, TrkC mRNA, activated by NT-3, was significantly enhanced in exercise group for 30 minutes. Thus present data suggest that exercise plays a important role for axonal regeneration and functional recovery after SCI.

참고문헌 (43)

  1. 보건복지부, "전국장애인현황", ~ (2007)
  2. 정일규, "척수손상 후 트레드밀 운동이 손상된 부위에서 BDNF와 trkB mRNA 발현에 미치는 영향", 한국체육학회지, 49(6), pp.613~621 (2010), 한국체육학회
  3. 오명진, "척수타박손상 후 트레드밀운동이 근 위축지연과 기능적 회복에 미치는 효과", 생명과학회지, 19(11), pp.1651~1657 (2009), 한국생명과학회
  4. 장미숙, "신경성장인자와 신경성장인자 수용기", 생화학분자생물학뉴스, pp.307~312 (2005), 생화학분자생물학회
  5. 정일규, "휴먼 퍼포먼스와 운동생리학", pp.70~75 (2011), 대경북스
  6. 정일규, "장애인스포츠 영역에서 스포츠의학의 적용 방안", 한국사회체육학회지, (44), pp.533~544 (2011), 한국사회체육학회
  7. Barbacid,M, "The Trk family of neurotrophin receptors", J. Neur, 25(11), pp.1386~1403 (1994)
  8. Basso, D. M., "Graded histological and locomotor outcomes after spinal cord contusion using the NYU weight-drop device versus transection", Exp. Neurol, 139(2), pp.244~256 (1996)
  9. Beaumont, E., "Passive exercise and fetal spinal cord transplant both help to restore motoneuronal properties after spinal cord transection in rats", Muscle Nerve, 29(2), pp.234~242 (2004)
  10. Bedford, T. G., "Maximum oxygen consumption of rats and its changes with various experimental procedures", J. Appl. Physiol, 47(6), pp.1278~1283 (1979)
  11. Cafferty, W. B,, "MAG and OMgp synergize with Nogo-A to restrict axonal growth and neurological recovery after spinal cord trauma", J. Neurosci, 30(20), pp.6825~6837 (2010)
  12. Courtine, G., "Recovery of supraspinal control of stepping via indirect propriospinal relay connections after spinal cord injury", Nat. Med, 14(1), pp.69~74 (2008)
  13. Davies, A. M., "Developmental changes in NT3 signalling via TrkA and TrkB in embryonic neurons", EMBO. J, 14(18), pp.4482~4489 (1995)
  14. Davies, D. L., "Heterogeneity of astroglia cultured from adult human temporal lobe", Int. J. Dev. Neurosci, 18(2), pp.151~160 (2000)
  15. Dijkstra, S., "Intraspinal administration of an antibody against CD81 enhances functional recovery and tissue sparing after experimental spinal cord injury", Exp. Neurol, 202(1), pp.57~66 (2006)
  16. Dougherty, K. D., "Brain-derived neurotrophic factor in astrocytes, oligodendrocytes, and microglia", macrophages after spinal cord injury, 2000, pp.7, 574~585
  17. Dupont-Versteegden, E. E., "Exercise-induced gene expression in soleus muscle is dependent on time after spinal cord injury in rats", Muscle. Nerve, 29(1), pp.73~81 (2004)
  18. Elkabes, S., "Brain microglia", macrophages express neurotrophins that selectively regulate microglial proliferation and function, 1996, pp.16, 2508~2521
  19. Engesser-Cesar, C, "Wheel running following spinal cord injury improves locomotor recovery and stimulates serotonergic fiber growth", Eur. J. Neurosci, 25(7), pp.1931~1939 (2007)
  20. Fariñas, I., "Characterization of neurotrophin and Trk receptor functions in developing sensory ganglia:direct NT-3 activation of TrkB neurons in vivo", Neuron, 21(2), pp.325~334 (1998)
  21. Gensel, J. C., "Behavioral and histological characterization of unilateral cervical spinal cord contusion injury in rats", J. Neuro, 23(1), pp.6~54 (2006)
  22. Gómez-Pinilla, F., "BDNF and learning:Evidence that instrumental training promotes learning within the spinal cord by up-regulating BDNF expression", Neuro, 148(4), pp.893~906 (2008)
  23. Harris, R. M., "Spared descending pathways mediate locomotor recovery after subtotal spinal cord injury", Neuro. Lett, 180(1), pp.37~40 (1994)
  24. Ikeda, K., "Effects of brain-derived neurotrophic factor on motor dysfunction in wobbler mouse motor neuron disease", Ann. Neurol, 37, pp.505~511 (1995)
  25. Kaplan, D. R., "Neurotrophin signal transduction in the nervous system", Curr. Opin. Neurobiol, 10(3), pp.381~391 (2000)
  26. Klintsova, A. Y., "Synaptic plasticity in cortical systems", Curr. Opin. Neurobiol, 9(2), pp.203~208 (1999)
  27. Lewin, G. R., "Maintenance of modality-specific connections in the spinal cord after neonatal nerve growth factor deprivation", Eur. J. Neuro, 8(8), pp.1677~1684 (1996)
  28. Little, J. W., "Locomotor recovery following subtotal spinal cord lesions in a rat model", Neuro. Lett, 87(1), pp.189~194 (1988)
  29. Macias, M., "Exercise-induced motor improvement after complete spinal cord transection and its relation to expression of brain-derived neurotrophic factor and presynaptic markers", BMC. Neuro, 10, pp.144~ (2009)
  30. McAllister, A. K., "Neurotrophins and synaptic plasticity", Annu. Rev. Neuro, 22, pp.295~318 (1999)
  31. McKerracher L, "Spinal cord repair: strategies to promote axon regeneration", Neurobiol. Dis, 8(1), pp.11~18 (2001)
  32. Oh, M. J., "Axonal Outgrowth and Erk1", 2 Activation by Training after Spinal Cord Injury in Rats, 2009, pp.26(11), 2071~2082[DOI]
  33. Okada, S., "Conditional ablation of Stat3 or Socs3 discloses a dual role for reactive astrocytes after spinal cord injury", Nat. Med, 12(7), pp.829~834 (2006)
  34. Perreau, V. M., "Exercise-induced gene expression changes in the rat spinal cord", Gene. Expr, 12(2), pp.107~121 (2005)
  35. Rosenberg, L. J., "Chronic alterations in the cellular composition of spinal cord white matter following contusion injury", Glia, 49(1), pp.107~120 (2005)
  36. Schucht, P., "Anatomical correlates of locomotor recovery following dorsal and ventral lesions of the rat spinal cord", Exp. Neurol, 176(1), pp.143~153 (2002)
  37. Schwab,M..E, "Repairing the injured spinal cord", Sci, 295(5557), pp.1029~1031 (2002)
  38. Tillakaratne, N. J., "Functional recovery of stepping in rats after a complete neonatal spinal cord transection is not due to regrowth across the lesion site", Neurosc, 166(1), pp.23~33 (2010)
  39. Vavrek, R., "BDNF promotes connections of corticospinal neurons onto spared descending interneurons in spinal cord injured rats", Brain, 129(6), pp.1534~1545 (2006)
  40. Wrathall, J. R., "Myelin gene expression after experimental contusive spinal cord injury", J. Neurosci, 18, pp.8780~8793 (1998)
  41. Ying, Z., "Exercise restores levels of neurotrophins and synaptic plasticity following spinal cord injury", Exp. Neurol, 193(2), pp.411~419 (2005)
  42. Ying, Z., "BDNF-exercise interactions in the recovery of symmetrical stepping after a cervical hemisection in rats", Neurosci, 155(4), pp.1070~1080 (2008)
  43. Zai, L. J., "Cell proliferation and replacement following contusive spinal cord injury", Glia, 50(3), pp.247~257 (2005)

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