Neuroprotective effect of dexamethasone and its pathway identified by NGS in neonatal hypoxic ischemic brain injury mouse model

Abstract

Perinatal hypoxic ischemic (HI) brain injury is the major cause of neonatal mortality and severe long-term neurological morbidity. HI brain injury occurs in 1-8 cases per 1000 births. Pathophysiological features of HI brain injury are complex, the multiple steps leading to cellular damage provide many opportunities for therapeutic intervention. We aim to identify the effect of dexamethasone pretreatment in in neonatal hypoxic brain injury animal model by neuropathology and identify signaling pathway underlying the neuroprotective effects of dexamethasone pretreatment by performing NGS. We analyzed and validated DEGs related to neuroprotective effect of dexamethasone. Total 962 DEGs were confirmed. 407 DEGs were upregulated, and 555 DEGs were down regulated. Upregulated genes were related to central nervous system development, ionic homeostasis and synapse . Down regulated DEGS were related to cell metabolism. By performing the protein-protein interaction analysis among core genes in enriched pathway, DLG2, Calm1, Grin1 seemed to have high interaction. DLG4, CAlm1, Grin1 might mediate neuroprotective effect of dexamethasone. This study can lead to new insights on the pathogenesis of HI brain injury and offer promising interventional molecular targets leading to well-being of HI brain injured newborns.

신생아 저산소성-허혈성 뇌 손상 (Neonatal hypoxic-ischemic brain injury) 은 신생아에서 정신지체, 뇌성마비, 난치성 간질, 청력 및 시력장애 등의 중증 신경학적 후유증을 유발하는 중추신경계질환으로 유병률은 1000명 신생아 중 1-8명 정도에 이른다. 지난 수십 년 동안 고위험 신생아에 대한 주산기 치료가 획기적으로 발전하였고 새로운 신경 보호제 개발을 위한 많은 연구가 진행되었음에도 불구하고, 최근 치료적 저체온증 적용 시 중등도 이상의 저산소성 허혈성 뇌 손상에서 제한된 신경보호 효과를 보인다는 결과 외에, 신생아 저산소성 허혈성 뇌 손상에 대한 특별한 치료법이 없으며, 주로 일반적 대증요법이 진행되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 저산소성 뇌손상 동물모델에서 덱사메타손 전처치군에서 신경병리학적으로 신경보호 효과를 확인하였으며 RNA를 표적으로 하는 NGS (transcriptome sequencing)의 시행을 통해 덱사메타손의 신경 보호 효과에 관여하는 중추적 신호전달 경로를 규명하고자 한다. 덱사메타손 전처치군에서 차별화되어 발현되는 유전자를 규명한뒤 차별화 발현된 유전자들을 중합효소 연쇄반응을 통해 검증하였다. 전치군에서 962개의 차별화된 유전자가 발현되었다. 407개가 상향조절, 555 개는 하향 조절됨을 확인하였다. 상향조절된 차별화 유전자는 대부분 신경계의 발달, 이온과 시냅스 조절에 관여하였고 하향 조절된 차별화된 유전자는 대부분 라이소좀 구성과 탄수화물, 리보솜, 지질 등의 대사와 관련된 기능에 연관됨을 확인하였다. 증강된 신호전달 경로에서 발견된 핵심유전자들의 상호작용과 분포를 보기위해 protein protein interaction network를 시행하였으며, DLG, Grin1, Calm1을 중심으로 한 개의 군집을 이루며 상호작용이 증가함을 확인하였다. 하향 조절된 유전자에서는 유의미한 군집이 발견되지 않았다. PCR을 통해 DLG, Grin1, Calm1의 발현이 덱사메타손 전처치군에서 증가함을 확인하였으며, 이들이 덱사메타손의 신경보호효과에 연관 될것으로 생각된다. 덱사메타손 전 처치와 치료적 저체온 요법을 병행하는 것은 저산소성 허혈성 뇌 손상의 신경학적 발달을 향상시키는데 긍정적으로 기여할 것으로 생각된다.