간질을 유도한 흰쥐의 해마에서 염기수복단백의 변화

Abstract

간질의 주 병리기전 중 하나로 활성산소나 산화성 스트레스에 의한 DNA 손상이 제시되고 있다. 따라서 DNA 손상을 정상화시킬 수 있는 다양한 DNA 수복기전 중 염기수복기전의 기능을 추정하기 위해 도모이산 (0.75mg/kg, 정맥 내 주사)을 이용하여 간질 모델을 유도하였다. 간질 발작이 유발 된 후 4시간, 24시간, 120시간까지 해마에서 APE와 Ogg1의 변화를 관찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 도모이산 투여로 모든 실험동물에서 발작이 유도되었다. 이 때 기존의 화학물질인 카이닌산이나 pilocarpine에 의한 발작에 비해 응시 (staring)와 지속적인 할큄 반응 (persistent scratching)과 같은 낮은 정도의 발작 반응이 주로 관찰되었다. 2. 정상 대조군의 해마에서 APE는 주 세포층을 중심으로 다양한 층에서 양성반응을 보였다. 간질이 유도된 후 4시간이 경과하였을 때 APE 양성반응은 해마 내 거의 모든 세포에서 관찰할 수 있을 정도로 증가하였지만, 24시간이 경과한 후부터는 정상 대조군과 유사하게 감소하였다. 간질이 유도된 후 120시간이 지난 후에는 정상 대조군과 총 양의 변화는 없어 보였지만, 양성반응세포는 정상 대조군에 비해서도 주 세포층으로 국한되는 것을 확인할 수 있었다. 3. 정상 대조군의 해마에서 Ogg1은 거의 관찰되지 않았다. 다만 CA1 영역에서 약한 양성반응을 보였다. 간질이 유도된 후 4시간이 경과하였을 때는 해마의 주 세포층에서 모두 양성반응을 보였고, 총 양도 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 간질이 유도된 후 24시간이 경과하면 CA1의 피라밋세포를 제외한 거의 대부분의 양성반응은 소실되었다. APE를 이용한 결과는 카이닌산을 이용한 간질모델의 결과와 거의 유사한 것이었으나, 동시에 Ogg1의 활성화가 야기되었다는 결과는 아직까지 보고된 바 없다. 특히 해마의 CA1 영역에서 염기수복을 담당하는 APE와 Ogg1이 모두 양성반응을 보이는 반면, CA3 영역은 상대적으로 Ogg1의 양성반응이 매우 미약하게 관찰되었다는 점은 영역 특이적인 반응을 유발할 수 있음을 시사한다. 이상의 결과는 흥분성 손상에 의해 유발된 DNA 손상은 염기수복기전을 활성화시킬 수 있으며, 이렇게 활성화된 DNA 수복 기전에 의해 심각한 신경세포의 손상을 예방할 수 있음을 보여준다. 다만 다양한 DNA 수복 기전이 존재하기 때문에 질병 또는 중추신경계의 각 영역에 특이적으로 작용하는 DNA 수복기전을 찾기 위한 노력은 계속되어야 할 것으로 생각된다.|Backgrounds: Endogenous oxidative stress can cause various neurodegenerations by abnormal DNA repair, and base excision repair to DNA damage plays a key role in the maintenance of genomic integrity. In this context, base excision repair should correlate with the oxidative stress-induced DNA damage, since the neural tissue is a post-mitotic tissue. To investigate this hypothesis, more area-specific animal model is needed and the epilepsy model induced by domoic acid is the most interesting. Domoic acid is known as a kainate receptor agonist that produces excitotoxic injury in the brain. It also is well known that the hippocampus had well-developed glutamate receptors. Methods: Domoic acid (0.75mg/kg) was administered intravenously via tail vein and abnormal convulsions were induced in the male Sprague-Dawley rats. On scheduled time the hippocampus was removed and examined by Nissl stain, immunohistochemistry and Western blot analysis. The expression of base excision repair proteins, apurinic/apyrimidinic endonuclease (APE) and 8-oxoguanine glycosylase (Ogg1), was determined in the hippocampus at 4, 24, 120 hours after domoic acid treatment groups (n=5/each group) and compared to that of the control group. Results: Nissl staining did not show definite degenerating pyramidal neurons until 120 hours after domoic acid treatments. APE protein was mainly distributed in the principal cell layers of the control hippocampus. A rat sacrificed 4 hours after domoic acid treatment showed widespread increase of APE immunoreactivity in the hippocampus including the principal cell layers. From 24 hours after domoic acid-induced epilepsy, the immunoreactivity was reduced and restricted in the pyramidal cell layers of hippocampus and in the granule cell layers of dentate gyrus. Ogg1 protein revealed low level of staining in control hippocampus and observed only in the soma of pyramidal cells in CA1. At 4 hours after domoic acid treatment, Ogg1 immunolocalization was observed in the nuclei of principal cell layers of hippocampus. Thereafter the immunoreactivity was only seen in the pyramidal cells of CA1, but rarely observed in other cells of the hippocampus and the dentate gyrus. In addition, APE or Ogg1 protein level was transiently increased at 4 hours after domoic acid-treated rat hippocampus comparing with control rat. Conclusions: These results demonstrated that domoic acid-induced epilepsy results in increased expression of the APE or Ogg1 in hippocampus, although there was no degenerating changes under Nissl staining. Neurons with oxidative DNA damage exhibited increased expression of the APE or Ogg1 with area-specific appearance that the Ogg1 were easily disappeared in the pyramidal cells of CA3 after domoic acid administration. This raises the possibility that base excision repair response may be associated with the oxidative stress-induced DNA damage and transitorily contribute to prevent serious neuronal damage at least in the CA1 area. Although this study demonstrated that base excision repair systems were induced with excitotoxic stimuli, the relationship between activation of the DNA repair response and neuronal death in the CNS remains to be determined.

Key words: DNA repair, Domoic Acid, Epilepsy, Hippocampus, Oxidative stress