Amyloid precursor protein의 processing에 대한 아연의 영향

Abstract

[한글]

치매의 가장 많은 부분을 차지하는 알쯔하이머병의 발병에는 현재 Ab의 축적, 침전이 중요한 역할을 한다는 Ab 가설이 유력하다. 아연은 중추신경계에, 글루타메이트를 포함하는 시냅스전 소포에 고농도로 농축되어 있으며, 글루타메이트와 같이 유리되고, 그 중 일부는 시냅스후 신경세포로 유입된다. 이렇게 유리되어 국지적으로 고농도에 이른 아연이 Ab의 축적, 침전의 원인으로 유력시 되고 있다. 본 연구에서는 아연이 시냅스후 신경세포로 유입된다는 사실에 착안하여 저농도, 세포내 아연과 고농도, 세포외 아연으로 나누어 amyloid precursor protein(APP)이 processing 되어 Ab가 생성, 분비되는 과정이 아연에 의해 어떻게 영향 받는지를 탐구하였다. 이를 위해 APP를 발현하지 않는 SH-SY5Y 세포에 pcDNA3-wtAPP695 DNA을 도입하여 안정 발현시켰다. 세포 내로 유입된 아연의 효과를 보기위해 0.25~1 mM(저농도)의 아연과 아연의 이온투과체(ionophore)로 작용하는 pyrrolidine dithiocarbamate(PDTC)를 사용하였다. SH-SY5Y-wtAPP695 세포의 배양액 내의 Ab와 sAPPa를 측정한 결과 PDTC+아연 처리에 의해 Ab는 감소하고, sAPPa는 증가하였다. 세포 내의 APP와 b-, a-절단 산물인 C99, C83 그리고 세포 내의 Ab는 모두 증가하였다. 따라서, 세포내 아연의 증가는 Ab의 생성을 증가시키나, 세포외로의 분비를 억제시킴을 알 수 있었다. 세포 외의 고농도 아연효과를 보기 위하여 PDTC 없이 100 mM 아연을 처리한 결과 배양액의 Ab가 두 배 이상 증가하였으며, 동시에 분비된 Ab의 반감기가 두 배 증가하였다. 그러므로 배양액의 Ab의 증가는 아연에 의한 Ab의 반감기 증가 때문인 것으로 생각되었다. 이상의 결과로 세포내 아연은 Ab의 분비를 억제하지만 Ab의 생성을 증가시키고, 세포내에 Ab를 축적시키며, 세포외 아연 증가는 세포 외부에 Ab를 축적시킴을 알 수 있었다. 이러한 아연의 효과는 알쯔하이며병의 병태생리에 중요한 역할을 담당할 것으로 생각된다.

[영문]According to the amyloid hypothesis, Alzheimer's disease(AD), the most common cause of dementia is caused by the accumulation and aggregation of amyloid beta peptides (Ab). Ab is the sequential cleaved product of amyloid precursor protein (APP) by b-secrease and g-secretase. Zinc is concentrated in the synaptic vesicles containing glutmate. Upon the stimulation of the neuron, zinc is released into the synaptic cleft and translocates into the postsynaptic neuron (zinc translocation theory). Zinc is thought to be involved in the pathogenesis of AD as it can aggregate the extracellular Ab. In this study, the effect of zinc in the processing of amyloid precursor protein was investigated to clarify the role of zinc in the pathogenesis of AD. The role of zinc was divided into two aspects. One is the role of the intracellular zinc and the other is of the extracellular zinc. SH-SY5Y-wtAPP695 cells were prepared for this study. In order to examine the effect of intracelluar zinc, the cells were incubated in DMEM/BSA with pyrrolidine dithiocarbamate(PDTC), a zinc ionophore plus 0.25~1 mM zinc sulfate. The treatment of PDTC plus zinc increased cellular APPs and sAPPa in the media. C99, C83 and intracelluar Ab(iAb) were also increased. However, the Ab in the media was decreased by PDTC plus zinc, indicating that zinc inhibited Ab secretion. A high dose of zinc(100 mM zinc sulfate) doubled the concentration of Ab in the media. This was due to the Ab stabilizing effect of zinc as zinc prolonged the half-life of Ab in the media. These results showed that the intracellular zinc accumulated iAb and that the extracellular zinc increased Ab in the extracelluar space. Therefore it is suggested that zinc is an important factor in the pathogenesis of AD.