전염성 해면상 뇌병증의 선제적 제어를 위한 다각적 분자유전학 연구 :Multilateral Molecular Genetic Study for Preemptive Control of Transmissible Spongiform Encephalopathy

원세영

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 원세영 (전북대학교, 전북대학교 일반대학원)

지도교수: 정병훈

발행연도: 2023

저작권: 전북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수44

초록· 키워드

프리온 질환으로 불리는 전염성해면상뇌병증은 사람과 동물에서 보고되는 치명적인 비가역적 퇴행성 뇌 질환으로 비정상적인 proteinase K 저항성 프리온 단백질 (PrPSc)에 의해 야기되는 질환이다. 동물 프리온 질환으로는 엘크나 사슴의 만성소모성질환, 소의 소 해면상 뇌병증, 치타나 고양이의 고양이 해면상 뇌병증, 밍크의 전염성 밍크 뇌병증이 있다. 또한, 사람에서는 크로이츠펠트 야콥병 (CJD), 치명적인 가족성 불면증, 게스트만-슈트로이슬러-샤잉커병 등이 광범위하게 보고되고 있다. 프리온 질환의 선제적 제어를 위해 크게 3가지로 그 당면과제를 분류하자면, 첫째, 현재까지 사람과 소에서 가장 흔하게 보고되는 산발성 CJD와 비정형 소해면상뇌증(BSE)의 원인은 정확히 보고된바 없다. 최근 연구에 따르면 뇌내 축적된 체세포 돌연변이가 신경퇴행성 뇌질환을 야기 시킨다는 보고가 있기에, 본 연구에서는 프리온 질병과 체세포 돌연변이의 연관성에 대해 조사하였다. 둘째, 프리온 질환의 조기 진단 및 차단을 위해, 선제적인 PrPSc 진단검사를 사람과 염소에서 수행하였다. 마지막으로 현재까지 프리온 질환의 치료제는 보고된 바 없다. 따라서 프리온 질환을 차단하기 위해서 치료제 발굴을 하고자 하였다.
프리온 질환의 선제적 제어를 위한 3가지 당면과제에 대한 세부 연구주제들은 다음과 같다. 첫째, 비정형 BSE의 원인을 조사하기 위해 본 연구에서는 한우와 젖소의 말초혈액, 연수, 소뇌, 피질과 시상을 포함한 뇌조직과 피부조직으로부터 프리온 단백질 유전자 (PRNP)의 코돈 211번의 K211 체세포 돌연변이를 파이로시퀀싱을 통하여 조사하였다. 우리는 3마리의 젖소의 연수로부터 K211 체세포 돌연변이의 높은 비율을 검출하였다 (10 ± 4.4%, 28 ± 2%, 19.55 ± 3.1%). 또한, K211 돌연변이는 in-silico를 통하여 프리온 단백질의 구조와 기능에 영향을 미칠 가능성이 있음을 확인하였다.
둘째, 사람의 산발성 프리온 질환의 원인을 조사하기 위해 본 연구에서는 산발성 크로이츠펠트 야콥병 환자 및 나이, 성별이 일치하는 대조군의 해마 및 전두엽 피질 뇌조직에서 PRNP의 코돈 200번과 203번의 E200K와 V203I 체세포 돌연변이들을 발굴하기 위해 파이로시퀀싱을 수행하였다. 놀랍게도, 대조군 뇌 조직과 비교하여 프리온 단백질 유전자의 높은 K200 체세포 돌연변이율이 관찰되었다. 또한, K200 체세포돌연변이는 사람 프리온 단백질의 전하 구름의 유의한 변화를 야기시키는 것이 확인되었다. 하지만, 프리온 단백질 유전자의 I203 체세포 돌연변이율은 산발성 CJD 환자와 대조군 사이에서 큰 차이가 발견되지 않았고, 프리온 단백질의 전하구름에 변화에 유의한 영향을 주지 않았다.
셋째, 국내에서 유일하게 가축에서 발병하는 프리온 질환인 만성소모성질환(CWD)에 대한 선제적인 진단을 수행하기 위해 토종흑염소의 뇌 수질 조직 41샘플을 수집하였다. 또한, PRNP 유전자의 유전적 다형성을 조사하였으며 c.126G>A와 c.414T>C(r2=1), c.718C>T와 c.126G>A(r2=0.638) 사이에서 강한 LD를 발견하였다. 또한 일배체형은 GTGTAAAC가 45.1%로 높은 빈도를 나타냈다. 41마리의 흑염소로부터 PrPSc 진단검사를 수행한 결과 CWD 연관 PrPSc는 검출되지 않았다.
넷째, 프리온 질환의 조기 진단을 위해 본 연구에서는 충수절제술을 시행한 환자에서 가족성 크로이츠펠트 야콥병 연관 프리온 단백질 유전자의 코돈 114, 178, 180, 183, 188, 196, 200, 203, 208, 210, 211, 232, 그리고 238에 위치한 생식선 돌연변이와 129번 219번 코돈의 유전적 다형성을 조사하였다. 또한, 충수절제술 환자에서 유래한 충수에서 PrPSc 진단검사를 수행하였다. 본 연구에서 조사한 전체 조직에서 가족성 크로이츠펠트 야콥병 연관 프리온 단백질 유전자의 생식선 돌연변이와 PrPSc는 검출되지 않았다.
다섯째, 프리온질환의 단백질 분해 스트레스 연관 새로운 생체표지자를 발굴하기 위해서, 프리온 감염 마우스 및 크로이츠펠트 야콥병 환자에서 단백질 분해 스트레스 연관 단백질들의 발현 양상을 조사하였다. 본 연구에서 CD10, cathepsin B, cathepsin B 그리고 MMP9 등의 단백질 분해 스트레스 연관 단백질들의 비정상적인 뇌내 축적을 프리온 감염 마우스 및 크로이츠펠트 야콥병 환자에게서 발견하였다. 또한, proteinase K 저항성을 가지는 PrPSc로 야기된 근원적인 단백질 분해 스트레스를 해소하기 위해, PrPSc를 분해할 수 있는 섬유 분해효소인 nattokinase와 lumbrokinase를 도입하였다. In silico 분석 결과 nattokinase와 lumbrokinase는 프리온 단백질과 안정적으로 결합이 가능한 것으로 예측되었으며, In vitro실험 결과 프리온 감염 마우스 및 크로이츠펠트 야콥병 환자에서 유래한 PrPSc에 분해효과가 관찰되었다. 나아가 프리온 감염 마우스에 nattokinase와 lumbrokinase를 복강 투여한 결과 PrPSc 축적 감소, 성상교세포증 완화 및 생존 기간의 연장이 관찰되었다.

TSEs are fatal and irreversible neurodegenerative disorders caused by the abnormal proteinase K-resistant prion protein (PrPSc) in humans and animals. Animal TSEs are classified chronic wasting disease (CWD) in elk and deer; bovine spongiform encephalopathy (BSE) in cattle; feline spongiform encephalopathy (FSE) in cheetahs and cats and transmissible mink encephalopathy (TME) in minks. In humans, TSEs are classified as Creutzfeldt–Jakob disease (CJD), fatal familial insomnia (FFI) and Gerstmann–Sträussler–Scheinker syndrome (GSS).
For the preemptive control of prion diseases, there are three major challenges. First, the causes of sporadic CJD and atypical BSE, are most commonly reported in humans and cattle. Recent studies have reported that accumulation of the somatic mutations in the brain causes neurodegenerative diseases. Thus, we investigated the association between prion diseases and somatic mutations in the present study. Second, a preemptive PrPSc diagnostic test was performed for the early diagnosis and prevention of prion diseases in humans and goats. Finally, since there is no treatment for prion diseases, we tried to find a therapeutic agent to block prion diseases. The detailed research topics for the challenges for preemptive control of prion diseases are as follows.
First, We performed pyrosequencing to examine the K211 somatic mutation of the PRNP gene in 58 brain and blood samples of Hanwoo and Holstein cattle. In this study, among the 58 samples, three samples of the medulla oblongata of Holstein cattle, including samples 11, 16 and 18, showed somatic mutation rates of > 10%. Next, we first performed in silico estimation of the E211K mutation of the bovine PRNP gene using PolyPhen-2 and PANTHER, and it was predicted to be damaging. To the best of our knowledge, this study was the first to investigate potential BSE-associated K211 somatic mutations of the bovine PRNP gene.
Second, we performed pyrosequencing to identify the E200K and V203I somatic mutations in the prion protein gene (PRNP) gene in hippocampal and frontal cortex brain samples from sporadic CJD patients and age- and sex-matched controls. In the present study, higher K200 somatic mutations of the PRNP gene were observed in sporadic CJD patients than in controls. We also found that the K200 mutation of the PRNP gene significantly changed the electrostatic potential of human PrP. However, we did not find any differences in the I203 somatic mutation rates of the PRNP gene between sporadic CJD patients and controls. We also found that the I203 mutation of the PRNP gene did not affect significant changes in the electrostatic potential of human PrP. These studies indicate that I203 mutations of the PRNP gene may not be a crucial factor in sporadic CJD.
Third, we performed scrapie diagnosis in the medulla oblongata of 41 Korean native black goats using Western blot analysis and analysed the haplotype distribution of the PRNP gene. All tested animals, including those with the potential scrapie susceptible-haplotype of the PRNP gene, were negative for PrPres. In addition, we found 8 haplotypes of the PRNP gene in Korean native black goats. In addition, we screened Korean native black goats for PrPres. To the best of our knowledge, this was the first study to use a PrPres detection test in goats carrying a susceptible haplotype of the PRNP gene.
Fourth, we investigated familial CJD-related germline mutations at codons 114, 178, 180, 183, 188, 196, 200, 203, 208, 210, 211, 232, and 238 of the PRNP gene in Korean patients after appendectomy. In addition, we also investigated CJD-related genetic polymorphisms at codons 129 and 219 of the PRNP gene. Furthermore, we performed PrPSc detection using western blotting on the appendices of Korean patients. However, we did not find PrPSc in all tested specimens. The absence of PrPSc in these samples seems reassuring, but it is uncertain because the sample size is very small. Thus, further evaluation in larger samples is needed in the future.
Fifth, to identify novel proteolytic stress-related biomarkers in TSEs, we investigated the expression pattern of proteolytic stress-related proteins in the brains of ME7 prion-infected mice at seven months postinfection and sporadic CJD patients. We observed an abnormal accumulation of proteolytic stress-related proteins, including CD10, cathepsin B, cathepsin D, and matrix metalloproteinase 9 (MMP9), in the brains of prion-infected mice and sporadic CJD patients. In addition, we identified that nattokinase and lumbrokinase can stably bind to PrP. Furthermore, we identified significant in vitro degradation of PrPSc derived from ME7 scrapie-infected mice and sporadic CJD patients by nattokinase and lumbrokinase. To the best of our knowledge, this is the first report on the identification of novel potential biomarkers for TSEs.

#TSEs #somatic mutation #PrPSc #polymorphism #Nattokinase #Lumbrokinase

GENERAL ABSTRACT. 9
CHAPTER I. First report of the potential bovine spongiform encephalopathy (BSE)-related somatic mutation E211K of the prion protein gene (PRNP) in cattle 13
I-1. ABSTRACT. 14
I-2. INTRODUCTION. 15
I-3. MATERIAL AND METHODS. 17
I-4. RESULTS 21
I-5. DISCUSSION 24
CHAPTER II. Elevated E200K somatic mutation of the prion protein gene (PRNP) in the brain tissues of patients with sporadic Creutzfeldt–Jakob disease (CJD) 27
II-1. ABSTRACT. 28
II-2. INTRODUCTION. 29
II-3. MATERIALS AND METHODS. 31
II-4. RESULTS 35
II-5. DISCUSSION 37
CHAPTER III. Evaluation of proteinase K-resistant prion protein (PrPres) in Korean native black goats carrying a potential scrapie-susceptible haplotype of the prion protein gene (PRNP) 39
III-1. ABSTRACT. 40
III-2. INTRODUCTION. 41
III-3. MATERIALS AND METHODS 43
III-4. RESULTS 46
III-5. DISCUSSION 48
CHAPTER IV. The first evaluation of proteinase K-resistant prion protein (PrPSc) in Korean appendix specimens 50
IV-1. ABSTRACT. 51
IV-2. INTRODUCTION. 52
IV-3. MATERIALS AND METHODS. 54
IV-4. RESULTS 57
IV-5. DISCUSSION 59
CHAPTER V. Abnormal expression of proteolytic stress-related proteins and protective effect of fibrinolytic enzymes in TSEs 62
V-1. ABSTRACT. 63
V-2. INTRODUCTION. 65
V-3. MATERIALS AND METHODS. 67
V-4. RESULTS 72
V-5. DISCUSSION 76
FIGURES AND TABLES. 78
REFERENCES. 115
요약 135

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)