척수절단, 척수신경 앞뿌리 및 뒤뿌리절단에 의한 척수앞뿔세포의 α/β-calcitonin gene-related peptide 발현의 변화

Abstract

[한글]

일차감각신경원에서 통각전달에 관여하는 펩타이드로 잘 알려져 있는 calcitonin gene-related peptide (CGRP)는, calcitonin 유전자로부터 합성된 α-CGRP와, 그 구조가 매우 유사하지만 다른 유전자에서 합성되는 β-CGRP로 구성되어 있다. 이 두 가지 펩타이드는 중추신경계통에서 비슷한 분포를 보이는 것으로 알려져 있으며, 기능적인 차이도 아직 밝혀지지 않았다. 본 연구자는 척수절단, 척수신경 앞뿌리 및 뒤뿌리 절단을 시행한 후 축삭이 손상되거나 구심성 연결이 소실된 척수 앞뿔세포의 CGRP 및 α- 또는 β-CGRP mRNA 발현의 변화를 관찰하고, 이들 펩타이드의 기능적 차이를 구명하고자 하였다.

체중 250 gm정도의 흰쥐를 전신마취한 후 넷째-여섯째 요수신경 앞뿌리, 넷째-여섯째 요수신경 뒤뿌리, 또는 흉수분절 하부의 척수를 절단하고, 1주일간 사육한 후 다섯째 요수분절을 적출하여 면역조직화학염색과 in situ hybridization 조직화학염색을 시행하였

다. 대조군에서는 조직절편당 평균 4.45±1.51개의 운동신경원에서 CGRP 면역반응이 나타났으며, 좌우의 차이는 없었다. 한쪽 척수신경 앞뿌리를 절단한 경우 동측의 면역반응 세포수가 9.12±2.52개로 증가하였고, 뒤뿌리를 절단한 경우에는 동측 7.29±3.69개, 반대측 6.26± 1.53개로 양쪽 모두에서 면역반응 세포수가 증가하였다. 한편 흉수분절 하부의 척수를 절단한 경우에는, 양쪽 모두에서 면역반응 세포가 거의 완전히 소실되었다. In situ hybridization을 이용하여 α- 및 β-CGRP mRNA 발현을 관찰한 결과, 대조군에서 α-CGRP myNA 발현 세포수는 4.16± 1.32개였고, β-CGRP mRNA 발현 세포수는 5.50±1.38개였으며, 좌우 차이는 없었다. 척수신경 앞뿌리를 절단한 경우에는 동측에서 α-CGRP mRNA 발현 세포수가 10.07±2.86개로 증가하였으나, β-CGRP mRNA 발현 세포수는 변화가 없었으며, 뒤뿌리를 절단한 경우에는 α-CGRP mRNA 발현 세포수는 대조군과 차이를 보이지 않았으나, β-CGRP mRNA발현 세포수는 동측 7.45±2.04개, 반대측 7.02± 1.38개로 양쪽에서 모두 증가하였다. 척수를 절단한 경우에는 좌우 모두에서 α- 및 β-CGRP mRNA 발현

운동신경원이 거의 소실되었다.

이상의 결과를 종합하여 볼 때, 척수의 앞뿔세포에 있어서 축삭 손상시에는 α-CGRP가, 1차 감각신경원을 통한 구심성 연결이 소실되었을 경우에는 β-CGRP가 증가하며, 척수 절단시에는 두 펩타이드가 모두 감소하는 것을 알 수 있었고, 이들 두 펩타이드가 서로 다른 작용을 한다는 것을 간접적으로 확인할 수 있었다.

[영문]

Calcitonin gene-related peptide (CGRf), a well-known neuropeptide in primary sensory neurons carrying nociceptive information, includes two different peptides of similar structure, the α - and β -CGRP. The distribution of these two peptides in the central nervous system is known to be similar and no functional differences have been reported. The aim of this study is to investigated the changes of α - and β -CGRP expression following efferent or afferent disconnection of anterior horn cells in the rat spinal cord.

One week after ventral rhizotomy (left L4∼6), dorsal rhizotomy (left L4∼6) or spinal cord transection(at lower thoracic level), the animals were sacrified and the L5 segments of the spinal card were excised to perform immunohistochemistry and in situ hybridization histochemistry. In the control group, 4.45± 1.51 anterior horn cells showed CGRP immunoreactivity per tissue section in one side. After ventral rhizotomy, the number of CGRP immunoreactive neurons increased to 9.12 ± 2.52 at the ipsilateral ventral hors. After dorsal rhizotomy, CGRP immunoreactive neurons increased to 7.29 ± 3.69 at the ipsilateral ventral loom and 6.26 ± 1.53 at the contralateral ventral horn. In cases of spinal cord transection, almost all the anterior horn cells lost CGRP immunoreactivity in both sides. Neurons expressing α - or β -CGRP mRNA could be distinguished by in situ hybridization histochemistry. In the control group, anterior horn cells expressing α-CGRP mRNA numbered 4.16± 1.32 per section and β -CGRP cells numbered 5.50± 1.38. After ventral rhizotomy, the number of cells expressing α -CGRP mRNA increased to 10.07±2.86 in the ipsilateral side without any changes in β-CGRP mRNA expression. After dorsal rhizotomy, no significant changes in α-CGRP mRNA expression were detected, but the number of cells expressing β-CGRP mRNA increased to 7.45 ±2.04 in the ipsilateral side and to 7.02± 1.38 in the contrallateral side. In cases of spinal cord transection, the anterior horn cells lost α - and β -CGRP mRNA signals almost completely in both sides.

These results showed that α-CGRP expression increased in axotomized anterior horn cells of the spinal cord, and that β-CGRP expression increased in anterior horn cells which had lost their afferent input through the primary sensory neurons. These findings provide evidence showing the functional difference of the two peptides in anterior horn cells of the spinal cord.