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만성 저산소 환경에 의한 신경세포의 사멸에 recombinanterythropoietin이 미치는 영향

Effects of Recombinant EPO on Death of Cortical Neuron inChronic Hypoxia

김현|강기영|양성준|김강련|김호정|백진기
대한체질인류학회|2005.12|해부·생물인류학 (Anatomy & Biological Anthropology)|제18권 제4호|pp. 291-301|DOI 10.11637/aba.2005.18.4.291

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신경세포사멸Neuronal cell death만성저산소증recombinant EPOEPORChronic hypoxiaRecombinant EPO
주제분류해부학

초록

만성 저산소증은 중추신경계의 신경세포와 혈관의 형성에 많은 영향을 준다. EPO (erythropoietin)은 조혈작용을 유도하는 성장인자로서, 최근에는 신경세포의 생존을 유도하는 기능이 있는 것으로 알려지고 있다. 이에 본 실험에서는 만성 저산소증이 신경세포의 사멸을 유도하며, recombinant EPO가 신경세포의 사멸을 지연시키거나, 방어할 것이라는 것을 증명하고자 이번 실험을 시행하였다.만성 저산소 환경을 10% O2, 5% CO2, 85% N2의 가스를 혼합하여 구성하여, 흰쥐를 3일간 사육하였으며, 일차배양된 대뇌피질 신경세포를 6일 간 배양하였다. 대뇌피질에서 EPO와 EPOR의 발현을 확인하기 위하여 면역조직 화학법을 이용하여 염색하였으며, western blot 분석을 이용하여 PARP와 pERK, pAKT, 그리고 caspase들의 발현의변화를 관찰하였다. 먼저 만성 저산소 환경에서 3일간 사육한 발생 18일, 생후 5일 및 7일째 되는 흰쥐의 대뇌 피질에서 erythropoietin과erythropoietin receptor가 발현되는 양상을 면역조직화학적 염색 방법으로 관찰하였다. 이 때 만성 저산소 환경이 대뇌피질에서 erythropoietin과 그 receptor의 발현을 증가시켰다. 일차 배양된 신경세포를 만성 저산소 환경에 9일 간 노출한 후 recombinant EPO를 투여한 결과 세포사멸의 표지인 PARP의 발현이 현저하게 감소하였다. 세포사멸을 방어하는 세포내 신호 전달 경로를 확인하고자 AKT와 ERK의 인산화를 확인하였는데, AKT의 인산화는 증가하였으나, ERK의 인산화는 변화가 없었다. 또한 capase 3과 8의 활성화가 현저하게 증가하였으며, 투여한 EPO의 농도가 높을수록 caspase 3와 8의 발현의 억제가 더욱 뚜렷하였다. 그러나 caspase 9의 발현에는 변화가 없었다.즉 만성 저산소 환경은 신경세포에서 EPO가 EPOR의 발현을 증가시키며, 투여한 recombinant EPO는 AKT 경로를 통해 caspase3과 8의 활성화를 증가시키고 이에 따라 세포 사멸을 감소시켰다. 또한 이와 같은 작용은 EPO의 농도에 영향을 받는 것으로 확인되었다. 이 결과들은 신경세포의 EPO가 만성저산소증에 의해 유도된 적응의 일종임을 나타내는 것이며, recombinant EPO가 신경세포의 손상을 방어하는 것을 증명하였다. 나아가 EPO가 만성저산소증에 의한 신경세포 사멸을 방어할 수 있는 치료제로서의 가능성을 증명하였다.

Abstract

Chronic hypoxia has been associated with change in neurovascular behavior, mediated, in part, by erythropoietin (EPO). EPO, a hematopoietic growth factor, could act as a neurotrophic factor. In the present study, we investigated the characteristics of EPO and erythropoietin receptor (EPOR) expressions by cortical neuron in vivo and in vitro and tested the hypothesis that EPO serves protective functions under chronic hypoxia. E18, P5 and P7 mice for 3 days and primary cultured neurons for 6 days were incubated in hypoxic conditions consisted of a mixture of 10% O2, 5% CO2, 85% N2. To study expressions of EPO, EPOR, caspases, pAKT, pERK, and PARP, immunohistochemical stainning and western blotting were carried out. In addition to expressing EPO and EPOR under normoxic conditions, neurons increased their expression of EPO and EPOR under hypoxia. The effects of recombinant EPO appeared to be mediated via the phosphatidylinositol (PI) 3-kinase-AKT pathway, correlated directly with activation of caspase 3. Also recombinant EPO decreased expression of caspase 8, but not caspase 9. Finally, recombinant EPO decreased apoptosis of cultured neurons as evaluated by expression of PARP. These data support a role for EPO in maintenance of cortical neuron under chronic hypoxia.

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