Metabotropic glutamate receptor 5 (mGluR5)에 의한 tubby 단백 조절 연구

Abstract

[한글]

후천적 비만과 망막변성, 청력손실과 같은 감각신경 결손을 나타내는 tubby mouse는, 시상하부의 뇌실옆 핵과 해마상 융기 등 여러 뇌 영역에서 발현하는 tubby 단백을 만들어내는 tub 유전자의 돌연변이에 의한다고 알려져 있다. Tubby는 신경계 기능 이상과 관련된 tubby mouse의 표현형과 tubby 단백의 특징적 분포 영역 때문에 뇌기능에 중요한 역할을 할 것으로 여겨지고 있으나 아직까지 tubby 단백의 기능과 관련된 분자적 작용기전은 명확하게 규명된 바가 없다. Tubby는 세포막 phosphoinositide의 일종인 phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PIP2)와의 결합으로 원형질막에 위치하고 있다가 활성화된 G protein-coupled receptor (GPCR)에 의한 phospholipase Cβ (PLCβ)의 작용으로 PIP2가 가수분해되면, 원형질막에서 핵으로 이동된다. 이런 과정은 Gαq-coupled receptor인 acetylcholine receptor M1과 serotonin receptor 5-HT2c에 의해 일어난다고 알려졌다. 하지만 뇌에서 신경 가소성, 신경 발달, 신경계 질환에서 중요한 역할을 하는 GPCR인 metabotropic glutamate receptor 5 (mGluR5)와의 상관관계는 아직 규명되어 있지 않았다. 이에 본 연구는 우선, rat의 뇌 단백에서 tubby와 mGluR5의 결합을 immunoprecipitation 분석법을 통해 확인 하였고, pull-down 분석법으로 tubby가 mGluR5 C-terminus의 아미노산 828-944 부위에 결합한다는 것을 확인하였다. 그리고 형광물질이 달린 tubby와 mGluR5를 Neuro 2A 세포와 HeLa 세포에 발현시켜서 tubby 단백의 세포내 이동을 confocal microscopy로 관찰하였다. mGluR5가 있을 때 tubby 단백이 핵으로 이동되어 있었으며, tubby의 위치가 바뀌는 것을 확인한 후 mGluR5의 길항제인 MPEP를 처리하면 Neuro 2A 세포와 HeLa 세포에서 mGluR5에 의한 tubby의 핵으로의 이동이 봉쇄되는 것을 볼 수 있었다. Hippocampal neuron에서는 mGluR5의 효현제인 DHPG에 의해 내인성 tubby가 핵으로 이동하는 것을 실시간 이미지 기법을 통해 확인하였다. 이를 종합해 볼 때, mGluR5가 뇌세포에서 tubby의 세포내 이동을 조절할 수 있는 내인성 GPCR로 생각된다.

[영문]

Tubby mice, which is characterized by late-onset obesity and neurosensory deficits such as retinal and cochlear degeneration, arise from spontaneous mutation in the tub gene. The tubby protein is expressed in the various brain regions and other tissues. Tubby is thought to be important for brain function because of its specific localization and prominent phenotypes of tubby mice, but the mechanism remains unknown. Tubby has two domains consisting of an amino-terminal domain which contains the nuclear localization signal (NLS) and a carboxy-terminal domain which includes the phosphatidylinositol-binding region. In addition, tubby has a characteristic signal transduction mechanism that is stimulated by Gαq-coupled receptors such as acetylcholine receptor M1 and serotonin receptor 5HT2c. Present study is aimed to investigate whether metabotropic glutamate receptor 5 (mGluR5) is the regulator of tubby in brain. Tubby was associated with mGluR5 in brain lysate and was bound to the amino acids 882-944 region of the C-terminus of mGluR5. Transfection with mGluR5 and tubby showed that mGluR5 induced nuclear translocation of tubby in Neuro 2A and HeLa cells. Nuclear translocation of tubby was blocked by MPEP, a antagonist mGluR5, in Neuro 2A and HeLa cells. Tubby was translocated by activation of mGluR5 in hippocampal neuron. These suggest that mGluR5 is an endogenous GPCR that regulates tubby subcellular localization that might be linked to its unknown, but important, functions in neurons.