Neuroprevention and Neurorestoration
본 실험실에서는 신경계 세포주와 초대배양신경세포를 이용한 in vitro culture model과 퇴행성 신경질환을 유발시키는 신경독성물질을 사용한 in vivo animal model을 주요 연구모델로 사용하여 노화관련 퇴행성 신경질환의 분자적 기전을 규명하고 성체에 존재하는 신경줄기세포의 조절을 통하여 궁극적으로 노화 및 퇴행성 질환에 대한 제어 연구에 중점을 두고 있습니다. 최근에는 신경계에 유해한 영향을 미치는 신경독성물질에 대한 분자기전 연구와 퇴행성 신경질환과의 관계 규명을 위한 연구 등을 수행하고 있습니다.
The Laboratory of Molecular Neurobiology employs in vitro and in vivo experimental models of aging and age-related neurodegenerative disorders in order to understand the molecular mechanisms of age-related neurodegenerative diseases such as Alzheimer's, Parkinson's and Huntington's diseases and stroke. We are currently using several cell lines that can be differentiated to neuronal like cells and primary neurons derived from the embryonic brain. Obtained data are integrated with data obtained from in vivo animal models. Ultimately, our research focus on developing not only preventative, but also the novel therapeutical ways of age-related neurological disorders.
The Laboratory of Molecular Neurobiology employs in vitro and in vivo experimental models of aging and age-related neurodegenerative disorders in order to understand the molecular mechanisms of age-related neurodegenerative diseases such as Alzheimer's, Parkinson's and Huntington's diseases and stroke. We are currently using several cell lines that can be differentiated to neuronal like cells and primary neurons derived from the embryonic brain. Obtained data are integrated with data obtained from in vivo animal models. Ultimately, our research focus on developing not only preventative, but also the novel therapeutical ways of age-related neurological disorders.
세부적인 연구 관심 분야로는 다음과 같습니다.
1. 다양한 신경독성을 사용하여 퇴행성 신경질환의 기전을 신경세포배양 및 동물 실험을 통해서 조사하고 그러한 노화관련 신경질환 모델을 가지고 여러 가지 다양한 생리활성 물질들의 신경보호 기능을 검사한다.
2. 항노화 효과뿐만 아니라 최근 여러 가지 퇴행성 신경질환에 있어서 그 보호효과가 널리 알려진 식이제한의 신경보호역할에 대한 분자적 기전을 이해하며, 식이제한의 효과를 보여주는 생리활성 물질을 개발함으로써 식이제한의 효과를 좀 더 쉽게 적용시킬 수 있는 방법을 개발한다.
3. 최근 핫이슈가 되고 있는 새로운 신경세포의 재생과 관련하여, 나이에 따라서 감소하지만 여러 가지 외부 환경 및 자극에 의해 증진되는 adult hippocampal neurogenesis의 분자 기전을 밝히고 생체 내에서 내재하는 신경재생능력을 증진시킴으로써 퇴행성 신경질환의 새로운 치료법을 모색하고자 한다.
4. 중추신경계 및 신경질환에 있어서 mitochondria의 중요성을 인식하고, mitochondria의 기능을 유지하며 항산화 효과를 증진하고 mitochondrial permeability transition pore (mtPTP)를 안정화시킴으로 신경세포의 안정성을 증가시킴으로써 노화관련 퇴행성 신경질환에서 신경세포의 사멸을 저지하고 더 나아가 새로운 치료방법을 찾고자 한다.
Specific Amis are as follow.
1. Establish the in vitro models of age-related neurodegenerative diseases to evaluate the effects and/or toxicity of various drugs and food extracts.
2. Understand the molecular and cellular mechanisms of neuroprotective roles of dietary restriction in brain.
3. Discover the enhancing factors and molecular mechanisms of functional neurogenesis in hippocampus to develop new therapeutic ways of neurodegenerative disorders.
4. Study the important roles of mitochondria in the central nervous systems and develop the mitochondrial therapeutics for age-related neurodegenerative diseases
2. 항노화 효과뿐만 아니라 최근 여러 가지 퇴행성 신경질환에 있어서 그 보호효과가 널리 알려진 식이제한의 신경보호역할에 대한 분자적 기전을 이해하며, 식이제한의 효과를 보여주는 생리활성 물질을 개발함으로써 식이제한의 효과를 좀 더 쉽게 적용시킬 수 있는 방법을 개발한다.
3. 최근 핫이슈가 되고 있는 새로운 신경세포의 재생과 관련하여, 나이에 따라서 감소하지만 여러 가지 외부 환경 및 자극에 의해 증진되는 adult hippocampal neurogenesis의 분자 기전을 밝히고 생체 내에서 내재하는 신경재생능력을 증진시킴으로써 퇴행성 신경질환의 새로운 치료법을 모색하고자 한다.
4. 중추신경계 및 신경질환에 있어서 mitochondria의 중요성을 인식하고, mitochondria의 기능을 유지하며 항산화 효과를 증진하고 mitochondrial permeability transition pore (mtPTP)를 안정화시킴으로 신경세포의 안정성을 증가시킴으로써 노화관련 퇴행성 신경질환에서 신경세포의 사멸을 저지하고 더 나아가 새로운 치료방법을 찾고자 한다.
Specific Amis are as follow.
1. Establish the in vitro models of age-related neurodegenerative diseases to evaluate the effects and/or toxicity of various drugs and food extracts.
2. Understand the molecular and cellular mechanisms of neuroprotective roles of dietary restriction in brain.
3. Discover the enhancing factors and molecular mechanisms of functional neurogenesis in hippocampus to develop new therapeutic ways of neurodegenerative disorders.
4. Study the important roles of mitochondria in the central nervous systems and develop the mitochondrial therapeutics for age-related neurodegenerative diseases
이러한 연구목표를 위해서 다음과 같은 실험방법을 사용하고 있습니다.
1. 노화관련 퇴행성 신경질환 모델로서의 신경세포배양 및 동물실험
2. 발견된 노화지표 및 신경질환의 지표가 될 수 있는 특정 단백질의 발현정도를 조절함으로써 그 단백질의 기능을 연구하는 시스템 (tet-regulated expression vector system)및 반대로 발현을 억제하는 시스템 (siRNA)
3. 신경재생능력을 확인하는 시스템 (BrdU immunostaining and stereological analysis)
4. 신경세포사멸에 있어서의 사멸기전 확인 방법 (apoptosis 및 necrosis)
5. Mitochondrial function 조사 (ATP measurement, ROS production, complex enzyme activity, mtPTP, mitochondrial swelling)
6. 행동양식학적 연구 (Morris water maze analysis and Passive avoidance test)
Available experimental techniques and tools.
1. In vitro cell culture and in vivo animal models for the age-related neurodegenerative diseases
2. Tet-regulated expression vector system to regulate the levels of specific protein expression and siRNA system to quench the expression of specific protein.
3. BrdU immunostaining and stereological analysis to detect and quantify the neurogenesis in adult brain
4. Detection methods for neuronal apoptosis and necrosis)
5. Functional study for Mitochondria (ATP measurement, ROS production, complex enzyme activity, mtPTP, mitochondrial swelling)
6. Behavioral studies (Morris water maze analysis and Passive avoidance test)
2. 발견된 노화지표 및 신경질환의 지표가 될 수 있는 특정 단백질의 발현정도를 조절함으로써 그 단백질의 기능을 연구하는 시스템 (tet-regulated expression vector system)및 반대로 발현을 억제하는 시스템 (siRNA)
3. 신경재생능력을 확인하는 시스템 (BrdU immunostaining and stereological analysis)
4. 신경세포사멸에 있어서의 사멸기전 확인 방법 (apoptosis 및 necrosis)
5. Mitochondrial function 조사 (ATP measurement, ROS production, complex enzyme activity, mtPTP, mitochondrial swelling)
6. 행동양식학적 연구 (Morris water maze analysis and Passive avoidance test)
Available experimental techniques and tools.
1. In vitro cell culture and in vivo animal models for the age-related neurodegenerative diseases
2. Tet-regulated expression vector system to regulate the levels of specific protein expression and siRNA system to quench the expression of specific protein.
3. BrdU immunostaining and stereological analysis to detect and quantify the neurogenesis in adult brain
4. Detection methods for neuronal apoptosis and necrosis)
5. Functional study for Mitochondria (ATP measurement, ROS production, complex enzyme activity, mtPTP, mitochondrial swelling)
6. Behavioral studies (Morris water maze analysis and Passive avoidance test)
세포배양계
Primary hippocampal neuronal culture
건강한 해마신경세포(A)가 glutamate 처리 후 신경흥분독성에 의하여 세포사멸 하는 것을 관측(B).
건강한 해마신경세포(A)가 glutamate 처리 후 신경흥분독성에 의하여 세포사멸 하는 것을 관측(B).
Primary hippocampal neuronal culture
건강한 해마신경세포(A)가 glutamate 처리 후 신경흥분독성에 의하여 세포사멸 하는 것을 관측(B).
건강한 해마신경세포(A)가 glutamate 처리 후 신경흥분독성에 의하여 세포사멸 하는 것을 관측(B).
동물실험계
SMP30 KO mice
SMP30 KO 동물 모델은 다양한 유해 물질에 대해 매우 민감한 모델로 생물학적 모니터링 및 노화 연구 모델 및 노화관련 퇴행성 신경질환의 연구 모델로서 유용하게 사용될 수 있다.
SMP30 KO 동물 모델은 다양한 유해 물질에 대해 매우 민감한 모델로 생물학적 모니터링 및 노화 연구 모델 및 노화관련 퇴행성 신경질환의 연구 모델로서 유용하게 사용될 수 있다.
Kainate에 의해 유도된 퇴행성 신경 질환 모델 제작 방법
1. Stereotaxic tool.
2-3. Avertin으로 마취 시킨 마우스를 stereotaxic tool에 고정 시킴.
4. 뇌를 개복하고 일련의 3차원 좌표에 따라 해마체 부위의 위치를 결정하고 드릴을 이용해 두개골에 구멍을 냄.
5. 구멍을 낸 부위에 주사기를 가져다 놓고 약물을 삽입함.
6. 약물 삽입 후 개복된 두개골을 클립으로 집어 주고 회복시킴.
1. Stereotaxic tool.
2-3. Avertin으로 마취 시킨 마우스를 stereotaxic tool에 고정 시킴.
4. 뇌를 개복하고 일련의 3차원 좌표에 따라 해마체 부위의 위치를 결정하고 드릴을 이용해 두개골에 구멍을 냄.
5. 구멍을 낸 부위에 주사기를 가져다 놓고 약물을 삽입함.
6. 약물 삽입 후 개복된 두개골을 클립으로 집어 주고 회복시킴.
Kainate에 의해 유도된 해마손상
PBS 처리 군에 비해 kainate 처리군에서 시간 의존적으로 해마신경세포의 손실 및 손상이 증가하였음.
PBS 처리 군에 비해 kainate 처리군에서 시간 의존적으로 해마신경세포의 손실 및 손상이 증가하였음.
Kainate에 의해 유도된 퇴행성 신경 질환 모델에서의 glial activation
신경손상 초기에는 microglia의 활성이 급증한 반면 4주째에는 astrocyte의 활성이 두드러짐.
신경손상 초기에는 microglia의 활성이 급증한 반면 4주째에는 astrocyte의 활성이 두드러짐.
MPTP로 유도시킨 파킨슨질환 모델과 행동학적 실험 (Rota-rod test)
Adult mice에 MPTP를 acute 또는 chronic으로 i.p. 투여를 한 후 운동능력을 관찰 할 수 있는 rota-rod test를 수행한다. MPTP를 투여한 mice에서는 근 경직(rigidity), 떨림(tremor)등이 나타나고, 움직임도 현저하게 저해됨을 관찰 할 수 있다.
Adult mice에 MPTP를 acute 또는 chronic으로 i.p. 투여를 한 후 운동능력을 관찰 할 수 있는 rota-rod test를 수행한다. MPTP를 투여한 mice에서는 근 경직(rigidity), 떨림(tremor)등이 나타나고, 움직임도 현저하게 저해됨을 관찰 할 수 있다.
TH immunostaining을 통해 dopamine neuron을 관 찰
파킨슨 질환과 연관된 흑질선조체 경로의 Striatum(STR)과 Substantia nigra(SN)에서 dopaminergic neuron marker인 Tyrosine hydroxylase(TH) 발현을 관찰하였다. Control 그룹과 비교했을 때 MPTP 그룹의 dopaminergic neuron (SN)과 fiber (STR)가 많이 감소됨을 알 수 있다.
파킨슨 질환과 연관된 흑질선조체 경로의 Striatum(STR)과 Substantia nigra(SN)에서 dopaminergic neuron marker인 Tyrosine hydroxylase(TH) 발현을 관찰하였다. Control 그룹과 비교했을 때 MPTP 그룹의 dopaminergic neuron (SN)과 fiber (STR)가 많이 감소됨을 알 수 있다.
형광염색을 통한 glia관찰
흑질선조체 경로인 Striatum (STR, 왼쪽)과 Substantia nigra(SN, 오른쪽) 부위를 microglia의 marker인 Iba-1의 발현과 astrocyte의 marker인 GFAP의 발현을 double staining을 통해 관찰하였다. Control 그룹에 비해 MPTP 그룹의 microglia와 astrocyte가 activation된 것을 확인하였다.
흑질선조체 경로인 Striatum (STR, 왼쪽)과 Substantia nigra(SN, 오른쪽) 부위를 microglia의 marker인 Iba-1의 발현과 astrocyte의 marker인 GFAP의 발현을 double staining을 통해 관찰하였다. Control 그룹에 비해 MPTP 그룹의 microglia와 astrocyte가 activation된 것을 확인하였다.
Adult Hippocampal Neurogenesis(성체해마신경재생성) BrdU immunostaining을 통해서 밝혀진 새로운 신경세포의 발생 (Neurogenesis)
Adult mice의 brain에서 해마체의 dentate gyrus (DG)와 lateral ventricle (LV)에서 새로운 세포가 생겨났음을 보여준다. 이렇게 새로 발생한 세포들의 형질은 double immunolabeling을 laser confocal 현미경을 통해서 신경세포로 분화되었음을 확인할 수 있다 (down-left: 화살표).
Adult mice의 brain에서 해마체의 dentate gyrus (DG)와 lateral ventricle (LV)에서 새로운 세포가 생겨났음을 보여준다. 이렇게 새로 발생한 세포들의 형질은 double immunolabeling을 laser confocal 현미경을 통해서 신경세포로 분화되었음을 확인할 수 있다 (down-left: 화살표).
해마신경재생성과 학습 및 기억 상관성 (Hippocampal Neurogenesis mediated Learning & Memory)
Adult mice의 brain에서 발생하는 해마신경재생성은 학습과 기억에 중요한 역할을 한다. 해마신경재생성이 visuo-spatial learning and memory에 미치는 영향을 Morris Water Maze analysis를 통해 확인하였다.
반복된 학습을 통하여 hidden platform을 쉽게 찾아내는 생쥐
동영상1(Trial36.avi)
해마손상으로 인하여 학습 및 기억력이 손상된 생쥐
동영상2 (Trial34.avi)
식이제한에 의하여 증가된 neurotrophic factors (NTF)
Adult mice의 brain의 해마체에서 BDNF (brain derived neurotrophic factor) 및 NT-3 (neurotrophin-3)와 같은 neurotrophic factors의 mRNA 발현을 in situ hybridization을 통해 보여준 autoradiography.
식이제한 (dietary restriction: DR)에 의해 해마체의 CA1, CA3에서 BDNF의 mRNA level이, 그리고 dentate gyrus (DG)에서 NT-3의 mRNA level이 증가되었음이 확인되었다. 하지만 각 NTF의 high affinity receptor인 trkB, trkC의 mRNA level은 변화되지 않았다.
Adult mice의 brain에서 발생하는 해마신경재생성은 학습과 기억에 중요한 역할을 한다. 해마신경재생성이 visuo-spatial learning and memory에 미치는 영향을 Morris Water Maze analysis를 통해 확인하였다.
반복된 학습을 통하여 hidden platform을 쉽게 찾아내는 생쥐
동영상1(Trial36.avi)
해마손상으로 인하여 학습 및 기억력이 손상된 생쥐
동영상2 (Trial34.avi)
식이제한에 의하여 증가된 neurotrophic factors (NTF)
Adult mice의 brain의 해마체에서 BDNF (brain derived neurotrophic factor) 및 NT-3 (neurotrophin-3)와 같은 neurotrophic factors의 mRNA 발현을 in situ hybridization을 통해 보여준 autoradiography.
식이제한 (dietary restriction: DR)에 의해 해마체의 CA1, CA3에서 BDNF의 mRNA level이, 그리고 dentate gyrus (DG)에서 NT-3의 mRNA level이 증가되었음이 확인되었다. 하지만 각 NTF의 high affinity receptor인 trkB, trkC의 mRNA level은 변화되지 않았다.
Preconditioning effects of Dietary restriction
노화관련 퇴행성신경질환의 실험모델에 있어서 식이제한 (calorie restriction/dietary restriction) 이 신경세포에 mild metabolic stress response를 유도하여 신경세포의 생존에 필요한 여러 가지 단백질의 발현을 증가시킨다고 제안된 신경보호 분자기전 모델
노화관련 퇴행성신경질환의 실험모델에 있어서 식이제한 (calorie restriction/dietary restriction) 이 신경세포에 mild metabolic stress response를 유도하여 신경세포의 생존에 필요한 여러 가지 단백질의 발현을 증가시킨다고 제안된 신경보호 분자기전 모델
분자신경생물학 연구실 연락처
전화 : 051-510-2805(교수 연구실), 051-510-3916(실험실)
Fax : 051-513-6754
대표 e-mail : “neuron” at “pusan.ac.kr”
Fax : 051-513-6754
대표 e-mail : “neuron” at “pusan.ac.kr”