KR102379145B1 - Composition for prevention, improvement or treatment of diabetes-mediated neurodegenerative diseases comprising a PICALM inhibitor and an mTORC1 inhibitor - Google Patents
Composition for prevention, improvement or treatment of diabetes-mediated neurodegenerative diseases comprising a PICALM inhibitor and an mTORC1 inhibitor Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고농도 포도당 환경에서, PICALM 및 mTORC1을 조절하여, PICALM 및 mTORC1 매개 초기 엔도솜의 장애를 억제하여, 아밀로이드 베타 생성을 억제함으로써, 알츠하이머병 등의 신경퇴행성질환을 예방, 개선 또는 치료하기 위한 조성물에 관한 것으로, 본 발명은 PICALM 및 mTORC1을 조절하여, 고농도 포도당 환경에서 PICALM 및 mTORC1 매개 초기 엔도솜의 장애를 억제하여, 아밀로이드 베타의 과도한 생성을 억제함으로써, 알츠하이머병 등의 신경퇴행성질환을 조기에 예방 또는 효과적으로 치료할 수 있는바, 의약품 산업, 바이오 산업 등 다양한 산업 분야에 있어서 널리 활용될 수 있다. The present invention provides a method for preventing, improving or treating neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease by inhibiting PICALM and mTORC1-mediated early endosome disorders in a high-glucose environment by regulating PICALM and mTORC1, thereby inhibiting amyloid beta production. The present invention relates to a composition, by regulating PICALM and mTORC1, inhibiting PICALM and mTORC1-mediated early endosome disorders in a high glucose environment, and suppressing excessive production of amyloid beta, thereby preventing neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease early It can be prevented or effectively treated, and it can be widely used in various industrial fields such as the pharmaceutical industry and the bio industry.
Description
본 발명은 PICALM 저해제 및 mTORC1 저해제를 포함하는 신경퇴행성질환의 예방, 개선 또는 치료용 조성물에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 고농도 포도당 환경에서, PICALM(phosphatidylinositol binding clathrin assembly protein; 포스파티딜이노시톨 결합 클라트린 조립 단백질) 및 mTORC1(mammalian target of rapamycin complex 1, 포유류 라파마이신 표적 복합체 1)을 조절하여, PICALM 및 mTORC1 매개 초기 엔도솜의 장애를 억제하여, 아밀로이드 베타 생성을 억제함으로써, 알츠하이머병 등의 신경퇴행성질환을 예방, 개선 또는 치료하기 위한 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for preventing, improving or treating a neurodegenerative disease comprising a PICALM inhibitor and an mTORC1 inhibitor. Specifically, the present invention regulates PICALM (phosphatidylinositol binding clathrin assembly protein) and mTORC1 (mammalian target of
역학적 및 신경병리학적 연구에 의하면, 당뇨병(diabetes mellitus, DM)은 알츠하이머병(Alzheimer's disease, AD)의 발병 또는 진행에 실질적으로 기여할 수 있다고 한다(Arnold, S. E. et al., Nat. Rev. Neurol. 14, 168-181, 2018; Biessels, G. J. & Despa, F., Nat. Rev. Endocrinol. 14, 591-604, 2018; Rojas-Gutierrez, E. et al., Synapse, 71, e21990, 2017). 다양한 시험관내 및 생체내 연구는 DM이 AD를 유발하는 인자이며, 두 질환이 분자 수준에서의 위험과 병리생리학적 메커니즘에서 중복된다는 증거를 제시한바 있다(Moreno-Gonzalez, I. et al., Mol. Psychiatry, 22, 1327-1334, 2017; Mittal, K. et al., Sci. Rep. 6, 25589, 2016). 비록 많은 잠재적인 후보가 있지만(Moreno-Gonzalez, I. et al., Mol. Psychiatry, 22, 1327-1334, 2017; Mittal, K. et al., Sci. Rep. 6, 25589, 2016), DM이 AD의 전개에 기여하는 정확한 분자 메커니즘은 아직 알려지지 않았다. 이러한 관계를 설명하는 근본적인 분자 메커니즘에 대한 더 나은 이해로서, 이러한 결과는 DM를 치료하거나 조절하기 위한 효과적인 치료적 개입의 발전을 촉진할 수 있고, 결과적으로, AD의 발병 또는 진행을 지연시킬 수 있다. 실제로, 엔도솜 이동의 조절장애와 관련하여, 아밀로이드 베타(Aβ) 생성에 초점이 맞추어져 있다(Small, S. A. et al., Trends. Neurosci. 40, 592-602, 2017; Xu, W. et al., Traffic, 19, 253-262, 2018; Manucat-Tan, N. B. et al., Mol. Neurobiol. 56, 812-830, 2019). 특히, 이전의 연구들이 Aβ 면역반응성이 있는 초기 엔도솜의 확대(enlargement)가 진단받은 AD 환자 및 진단받지 않은 AD 환자 모두에서 가장 이른 병리학적 변화라고 보고한바 있다(Cataldo, A. M. et al., Am. J. Pathol. 157, 277-286, 2000; Cataldo, A. M. et al., Neurobiol, Aging, 25, 1263-1272, 2004). 게다가, 초기 엔도솜의 과활성화는 Aβ 생성의 속도-제한 분자로 간주되는, β-세크레타아제(APP-CTFβ)에 의해 절단된 APP의 C-말단 단편에 의해 유도된다(Kim, S. et al., Mol. Psychiatry, 21, 707-716, 2016). 그러나, 증상이 나타나기 전에 뇌의 Aβ의 양이 이미 포화되어 있으므로, 초기 단계의 AD 진단이 중요하다는 것을 고려할 때(Masters, C. L. et al., Nat. Rev. Dis. Primers, 1, 15056, 2015), 질병 예방을 위해 엔도솜 기능장애를 톡진하는 다른 요인을 조사할 필요가 있다. 종래 DM이 엔도솜 기능장애를 악화시켜 Aβ 생성을 상향조절한다는 것이 보고된바 있다(Okabayashi, S. et al., PLoS One, 10, e0117362, 2015). 비록 Aβ 생성에 있어서 엔도솜의 정확한 역할 및 조절이 밝혀지지 않았다고 하더라도, 상기 연구들은 초기 엔도솜의 교란이 초기에 DM-유도된 AD 병리학의 위험 인자일 수 있다는 가능성을 제시하는 것이다.Epidemiological and neuropathological studies suggest that diabetes (diabetes mellitus, DM) may substantially contribute to the pathogenesis or progression of Alzheimer's disease (AD) (Arnold, SE et al., Nat. Rev. Neurol. 14, 168-181, 2018; Biessels, GJ & Despa, F., Nat. Rev. Endocrinol. 14, 591-604, 2018; Rojas-Gutierrez, E. et al., Synapse, 71, e21990, 2017). Various in vitro and in vivo studies have provided evidence that DM is a factor that induces AD, and that the two diseases overlap in risk at the molecular level and in pathophysiological mechanisms (Moreno-Gonzalez, I. et al., Mol). Psychiatry, 22, 1327-1334, 2017; Mittal, K. et al., Sci. Rep. 6, 25589, 2016). Although there are many potential candidates (Moreno-Gonzalez, I. et al., Mol. Psychiatry, 22, 1327-1334, 2017; Mittal, K. et al., Sci. Rep. 6, 25589, 2016), DM The exact molecular mechanisms contributing to the development of this AD are still unknown. As a better understanding of the molecular mechanisms underlying this relationship, these findings may facilitate the development of effective therapeutic interventions to treat or modulate DM and, consequently, delay the onset or progression of AD. . Indeed, with respect to dysregulation of endosomal migration, a focus has been placed on amyloid beta (Aβ) production (Small, SA et al., Trends. Neurosci. 40, 592-602, 2017; Xu, W. et al. ., Traffic, 19, 253-262, 2018; Manucat-Tan, NB et al., Mol. Neurobiol. 56, 812-830, 2019). In particular, previous studies have reported that enlargement of early endosomes with Aβ immunoreactivity is the earliest pathological change in both diagnosed and undiagnosed AD patients (Cataldo, AM et al., Am (J. Pathol. 157, 277-286, 2000; Cataldo, AM et al., Neurobiol, Aging, 25, 1263-1272, 2004). Furthermore, hyperactivation of early endosomes is induced by a C-terminal fragment of APP cleaved by β-secretase (APP-CTFβ), considered a rate-limiting molecule of Αβ production (Kim, S. et al. al., Mol. Psychiatry, 21, 707-716, 2016). However, given that the amount of Aβ in the brain is already saturated before the onset of symptoms, early-stage AD diagnosis is important (Masters, CL et al., Nat. Rev. Dis. Primers, 1, 15056, 2015). However, it is necessary to investigate other factors contributing to endosomal dysfunction for disease prevention. It has been reported that DM up-regulates Aβ production by exacerbating endosomal dysfunction (Okabayashi, S. et al., PLoS One, 10, e0117362, 2015). Although the precise role and regulation of endosomes in Aβ production has not been elucidated, these studies suggest the possibility that perturbation of early endosomes may be a risk factor for early DM-induced AD pathology.
초기 엔도솜의 과활성화는 식작용 유전자의 상향조절, 증가된 식작용 및 초기 엔도솜을 나타내는 작은 GTPase인, Rab5의 과활성화와 같은, 다양한 요인에 의해 발생된다(Nixon, R. A., FASEB J. 31, 2729-2743, 2017). 게놈-차원의 연관 연구에 따르면, PICALM, BIN1, CD2AP, SORL1 및 PLD3와 같은 식작용 유전자는 이동(trafficking)의 손상과 관련한 다양한, 정의되지 않은, 메커니즘을 통한 AD의 위험 인자이다(Kanatsu, K. & Tomita, T., Front. Biosci. (Landmark edition), 22, 180-192, 2017; Guimas Almeida, C., et al., Cell. Mol. Life Sci. 75, 2577-2589, 2018). 그 중, 클라트린-매개 식작용(clathrin-mediated endocytosis, CME)에서 중요한 역할을 하는(Xu, W. et al., Mol. Neurobiol. 52, 399-413, 2015), 포스파티딜이노시톨 결합 클라트린 조립 단백질(phosphatidylinositol binding clathrin assembly protein, PICALM)을 코딩하는 PICALM은 AD 및 DM 모두에 대한 공통적인 위험 인자이다(Vacinova, G. et al., Mol. Biol. Rep. 44, 227-231, 2017; McFall, G. P. et al., Alzheimers Dement (Amst), 1, 395-402, 2015). 그러나, DM이 PICALM을 조절하고, 아마도 식작용을 통해 AD 병리학에 기여하는 메커니즘은 잘 알려져 있지 않다. 그러므로, DM 조건에서의 PICALM의 역할에 대한 연구는 엔도솜 기능장애를 완화시키는 중요한 단서를 제공하여야만 한다. 반면에, 엔도솜은 자가포식 경로 또는 손상되지 않은 리소좀과의 직접적인 융합을 통해 분해되므로(Colacurcio, D. J. et al, Free. Radic. Biol. Med., 114, 40-51, 2018), 상기 경로의 손상은 초기 엔도솜의 조절장애를 일으킨다. 종래 APP 기질 및 세크레타아제와 같은 식작용 물질들이 AD-유도 기능장애 자가포식 액포(Yu, W. H. et al., J. Cell Biol. 171, 87-98, 2005) 및 리소좀(Yang, D. S. et al., Brain, 137, 3300-3318, 2014)에 풍부하다는 것이 알려진바 있다. 게다가, 이러한 손상은 엔도솜 이동의 회전율을 기능적으로 지연시켜, 불완전한 엔도솜 제거를 초래한다(Lee, J. H. et al., CEll reports, 12, 1430-1444, 2015). 비록 DM이 세포내 제거 시스템의 손상(Gonzalez, C. D. et al., Autophagy, 7, 2-11, 2014) 또는 그의 과활성화(Moruno, F. et al., Cells, 1, 372-395, 2012)를 유도하는지 논란이 있지만, 변경된 제거 시스템이 기억 상실과 관련된, 초기 엔도솜 분해에 영향을 줄 수 있다.Hyperactivation of early endosomes is caused by various factors, such as upregulation of phagocytic genes, increased phagocytosis and hyperactivation of Rab5, a small GTPase indicative of early endosomes (Nixon, RA, FASEB J. 31, 2729). -2743, 2017). According to genome-wide association studies, phagocytic genes such as PICALM, BIN1, CD2AP, SORL1 and PLD3 are risk factors for AD through various, undefined, mechanisms associated with impaired trafficking (Kanatsu, K. & Tomita, T., Front. Biosci. (Landmark edition), 22, 180-192, 2017; Guimas Almeida, C., et al., Cell. Mol. Life Sci. 75, 2577-2589, 2018). Among them, phosphatidylinositol-binding clathrin assembly protein, which plays an important role in clathrin-mediated endocytosis (CME) (Xu, W. et al., Mol. Neurobiol. 52, 399-413, 2015) PICALM, which encodes (phosphatidylinositol binding clathrin assembly protein, PICALM), is a common risk factor for both AD and DM (Vacinova, G. et al., Mol. Biol. Rep. 44, 227-231, 2017; McFall, GP et al., Alzheimers Dement (Amst), 1, 395-402, 2015). However, the mechanisms by which DM regulates PICALM and possibly contributes to AD pathology through phagocytosis are not well understood. Therefore, studies on the role of PICALM in DM conditions should provide important clues in alleviating endosomal dysfunction. On the other hand, since endosomes are degraded through the autophagy pathway or direct fusion with intact lysosomes (Colacurcio, DJ et al, Free. Radic. Biol. Med., 114, 40-51, 2018), Injury results in dysregulation of early endosomes. In the past, phagocytic substances such as APP substrate and secretase were used in AD-induced dysfunctional autophagy vacuoles (Yu, WH et al., J. Cell Biol. 171, 87-98, 2005) and lysosomes (Yang, DS et al. , Brain, 137, 3300-3318, 2014) are known to be abundant. Moreover, this impairment functionally delays the turnover of endosomal migration, resulting in incomplete endosomal clearance (Lee, J. H. et al., Cell reports, 12, 1430-1444, 2015). Although DM damages the intracellular clearance system (Gonzalez, CD et al., Autophagy, 7, 2-11, 2014) or its overactivation (Moruno, F. et al., Cells, 1, 372-395, 2012) Although it is debated whether it induces an altered clearance system, it may affect the early endosomal degradation associated with memory loss.
본 발명자들은 초기 엔도솜 확대가 다양한 유형의 DM에서의 AD에 대한 공통되는 위험 인자인지 확인하기 위하여, 타입 1 및 타입 2 DM 각각에 대하여, 스트렙토조토신(streptozotocin, STZ)-유도 생쥐 모델(Furman, B. L., Curr. Protoc. Pharmacol. 70, 5-47, 2015) 및 주커 당뇨성 지방(Zucker diabetic fatty, ZDF) 쥐 모델(Srinivasan, K. & Ramarao, P., Indian. J. Med. Res. 125, 451-472, 2007)을 사용하였다. 관련된 정확한 분자 메커니즘을 조사하기 위해, 인간 신경모세포종 세포주, SK-N-MC를 사용하였고, DM을 생성시키기 위해 고농도 포도당 처리를 적용하였다. 이러한 실험 모델을 사용하여, DMdl 초기 엔도솜 교란 유도를 통한 Aβ 생성의 상향조절에 의한, AD에 대한 대사적 위험 인자라는 가설을 세웠다. 이를 밝히기 위해, Aβ 생성 및 관련된 구체적인 조절 메커니즘에 있어서 확대된 초기 엔도솜의 역할을 조사하였다. 또한, 본 발명자들은 DM 조건 하 AD에 대한 치료를 위한 잠재적인 전략으로서, 초기 엔도솜을 조절하는 효과를 고려하였다.In order to confirm that early endosomal expansion is a common risk factor for AD in various types of DM, we conducted a streptozotocin (STZ)-induced mouse model (Furman) for
본 발명의 목적은 PICALM 저해제 및 mTORC1 저해제를 유효성분으로 포함하는 신경퇴행성질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a pharmaceutical composition for preventing or treating neurodegenerative diseases comprising a PICALM inhibitor and an mTORC1 inhibitor as active ingredients.
본 발명의 다른 목적은 PICALM 저해제 및 mTORC1 저해제를 유효성분으로 포함하는 신경퇴행성질환의 예방 또는 개선용 식품 조성물을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a food composition for preventing or improving neurodegenerative diseases comprising a PICALM inhibitor and an mTORC1 inhibitor as active ingredients.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 PICALM 저해제 및 mTORC1 저해제를 유효성분으로 포함하는 신경퇴행성질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating neurodegenerative diseases comprising a PICALM inhibitor and an mTORC1 inhibitor as active ingredients.
본 발명은 또한, PICALM 저해제 및 mTORC1 저해제를 유효성분으로 포함하는 신경퇴행성질환의 예방 또는 개선용 식품 조성물을 제공한다.The present invention also provides a food composition for preventing or improving neurodegenerative diseases comprising a PICALM inhibitor and an mTORC1 inhibitor as active ingredients.
본 발명은 PICALM 및 mTORC1을 조절하여, 고농도 포도당 환경에서 PICALM 및 mTORC1 매개 초기 엔도솜의 장애를 억제하여, 아밀로이드 베타의 과도한 생성을 억제함으로써, 알츠하이머병 등의 신경퇴행성질환을 조기에 예방 또는 효과적으로 치료할 수 있는바, 의약품 산업, 바이오 산업 등 다양한 산업 분야에 있어서 널리 활용될 수 있다. The present invention regulates PICALM and mTORC1, suppresses PICALM and mTORC1-mediated early endosome disorders in a high glucose environment, and suppresses excessive production of amyloid beta, thereby preventing or effectively treating neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease at an early stage. It can be widely used in various industrial fields such as the pharmaceutical industry and the bio industry.
도 1은 고농도 포도당 조건 하에서 초기 엔도솜 교란을 통해 아밀로이드 베타의 생성을 상향조절하는 메커니즘을 도식적으로 나타낸 것이다. 고농도 포도당이 ROS-자극 Sp1 핵 전좌를 통해 PICALM, AP2A1 및 CHC 발현을 증가시키고, PICALM이 초기 엔도솜 확대를 유도하는, 지질 뗏목에서의 클라트린-매개 APP 식작용을 촉진시키고, 한편, 고농도 포도당이 AMPK/mTORC1- 및 ROS-매개 자가-리소좀 조절장애를 통해 엔도솜 제거를 손상시킨다는 것을 나타낸다.
도 2 내지 12는 고농도 포도당이 초기 엔도솜 확대를 통한 Aβ 생성을 상향조절한다는 것을 나타낸다. 도 2 내지 4는 ZLC 및 ZDF 쥐 해마로부터 얻은 샘플을 나타낸다. **p<0.01 vs. ZLC 쥐. 도 5 및 6은 웨스턴 블롯으로 검출된 C99, Rab5 및 β-액틴을 나타낸다. n =4. 도 3에서 Aβ 1-42는 Aβ 1-42 특이적 ELISA 분석에 의해 측정되었다. n=6. 도 4 및 도 6은 Rab5-특이적 항체로 면역염색되고, DAPI로 대비염색된, 면역조직화학(IHC)용 조직 슬라이드를 나타낸 것이다. 스케일 바, 50 μm (배율 X200). n=5. 도 7 및 8은 SK-N-MC 세포를 각각 D-글루코오스(25mM) 또는 L-글루코오스(25mM)으로 24시간 또는 48시간 동안 처리한 결과로서, 도 7은 웨스턴 블롯에 의해 검출된 C99, Rab5 및 β-액틴을 나타내고(n=4), 도 8은 Aβ 1-42 특이적 ELISA 분석에 의해 측정된 세포 배양 배지 유래 Aβ 1-42를 나타낸다(n=4). 도 9는 세포에 24시간 동안 고농도 포도당(25 mM)을 처리하고, 활성 Rab5(GTP-결합 Rab5)를 Rab5-특이적 항체로 면역침전시킨 결과(상단 패널)를 나타낸다. 전체 용해물 내 Rab5 및 β-액틴의 발현은 중앙부 및 하단 패널에 나타내었다. n=4. 도 10 및 도 11은 세포를 Rab5- 및 C99-특이적 항체로 면역침전하고, DAPI로 대비염색한 결과이다. 스케일 바, 8μm(배율 X1,000). n=6. *p<0.05, **p<0.01 vs. 대조군. 도 12는 48시간 동안 고농도 포도당(25 mM)을 처리하기 전에, 12시간 동안 NT siRNA 또는 RAB5 siRNA로 형질전환한 세포를 나타낸 것이다. Aβ 1-42 특이적 ELISA 분석에 의해 세포 배양 배지 유래 Aβ 1-42를 측정하였다. n=3. **p<0.01 vs. NT siRNA 형질주입, ##p<0.01 vs. NT siRNA 형질주입과 함께 고농도 포도당.
도 13은 Rab5 및 그 효과기 단백질의 mRNA 발현에 대한 고농도 포도당의 영향이 없음을 나타내는 것이다.
도 14 내지 도 18은 고농도 포도당이 지질 뗏목-매개 APP 식작용을 촉진하여, 초기 엔도솜 확대를 야기한다는 것을 나타낸다. 도 14는 고농도 포도당(25 mM)이 처리된 SK-N-MC에서 24시간 동안 비오틴 표면 표지 및 내재화 분석을 수행한 결과를 나타낸다. 0 및 15 분이 내재화 시점을 나타낸다. 전체 용해물에 웨스턴 블롯을 수행하였다(하단). APP 및 β-액틴을 검출하였다. 내재화된 APP의 비율을 각 조건에서 15분의 시점에서 전체 APP로 표준화하여 측정하였다. n=4. 도 15는 세포에 고농도 포도당(25mM)을 24시간 동안 처리하고, 수크로오스 구배-분획화된 용해물에 웨스턴 블롯을 수행한 결과이다. APP, CAV1 및 FLOT1이 검출되었다. n=3. 도 16 및 도 17은 24시간 동안의 고농도 포도당(25 mM) 처리 전에, 30분 동안 MβCD(1 mM)과 함께 세포를 배양시킨 결과를 나타낸다. 도 16은 세포 표면을 비오틴화하고, 표지된 단백질을 스트렙타비딘 비드로 분리한 것이다. 표면 APP, 전체 APP 및 β-액틴이 웨스턴 블롯으로 검출되었다. n=4. 도 17은 세포를 Rba5-특이적 항체로 면역염색하고, DAPI로 대비염색한 결과이다. 스케일 바, 8 μm(배율 X1,000). n=4. 도 18은 48시간 동안의 고농도 포도당(25 mM) 처리 전에 30분 동안 MβCD(1 mM)을 전처리하고, 인간 Aβ 1-42 특이적 ELISA 분석으로 세포 배양 배지 유래 Aβ 1-42를 측정한 결과이다. n=3. *p<0.05, **p<0.01 vs. 대조군, #p<0.05, ##p<0.01 vs. 고농도 포도당.
도 19 내지 도 25는 고농도 포도당이 ROS-자극 Sp1 핵 전좌를 통해 PICALM, AP2A1 및 CHC 발현을 증가시킨다는 것을 나타낸다. 도 19는 SK-N-MC에 25 mM 고농도 포도당을 시간 의존적 방식으로 처리하고, 세포내 ROS를 DCF-DA 염색으로 측정한 뒤 유동세포분석으로 분석한 결과이다. n=3. 도 20 및 21은 6시간 동안의 고농도 포도당(25mM) 처리 전에 세포를 NAC(4mM)와 함께 30분 동안 배양한 결과이다. 도 20은 웨스턴 블롯으로, 세포질 및 핵 분획 샘플에서의 Sp1, β-튜불린 및 라민 A/C를 검출한 결과이다. n=4. 도 21은 Sp1-특이적 항체로 세포를 면역염색하고, DAPI로 대비염색한 결과이다. 스케일 바, 8 μm(배율 X1,000). n=4. 도 22는 12 시간 동안의 고농도 포도당(25mM) 처리 전에 미트라마이신 A(25mM)으로 세포를 전처리한 결과를 나타낸다. 정량적 실시간 PCR로 PICALM, AP2AP1 및 CHC의 mRNA 발현 수준을 분석하였다. n=4. 도 23은 24시간 동안의 고농도 포도당(25mM) 처리 전에 세포를 미트라마이신 A(25mM)과 함께 배양한 결과를 나타낸다. PICALM, AP2AP1, CHC 및 β-액틴에 대하여 웨스턴 블롯을 수행하였다. n=4. *p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001 vs. 대조군, #p<0.05, ##p<0.01, ###p<0.001 vs. 고농도 포도당. 도 24는 ZLC 및 ZDF 쥐로부터 얻은 해마 샘플에 대하여, PICALM, AP2AP1, CHC 및 β-액틴에 대하여 웨스턴 블롯을 수행하였다. n=4. *p<0.05, **p<0.01 vs. ZLC 쥐. 도 25는 비히클- 및 STZ-처리 생쥐로부터 얻은 해마 샘플에 대하여, PICALM, AP2AP1, CHC 및 β-액틴에 대하여 웨스턴 블롯을 수행하였다. n=4. *p<0.05, **p<0.01 vs. 비히클-처리 생쥐.
도 26은 PICALM이 정상 및 고농도 포도당 조건 모두에서 지질 뗏목에 위치함을 나타내는 것이다. PICALM, CAV1 및 FLOTI가 검출되었다. n=3.
도 27 내지 도 34는 고농도 포도당 조건 하에서 PICALM이 클라트린-매개 APP 식작용을 촉진함을 나타내는 것이다. 도 27, 도 28, 도 30 및 도 31은 24시간 또는 48시간 동안의 고농도 포도당 처리(25mM) 전에 NT siRNA 또는 PICALM siRNA로 형질주입된 SK-N-Mc에 대한 결과이다. 도 27은 세포를 APP- 및 AP2A1-특이적 항체로 면역염색하고 DAPI로 대비염색한 결과이다. 스케일 바, 8 μm(배율 X1,000). n=4. 도 28은 세포를 APP- 및 CHC-특이적 항체로 면역염색하고 DAPI로 대비염색한 결과이다. 스케일 바, 8 μm(배율 X1,000). n=4. 도 29는 24시간 동안 고농도 포도당(25mM) 처리한 세포에 대해, Aβ- 및 PICALM-특이적 항체를 이용한 면역염색으로 내재화 분석을 수행한 결과이다. 0 및 0 및 15 분이 내재화 시점을 나타낸다.스케일 바, 8 μm(배율 X1,000). 도 30은 세포 표면을 비오틴화하고 표지된 단백질을 스트렙타비딘 비드로 분리한 결과이다. 표면 APP, 전체 APP 및 β-액틴이 웨스턴 블롯으로 검출되었다. n=4. 도 31은 Aβ 1-42 특이적 ELISA 분석으로 세포 배양 배지 유래 Aβ 1-42를 측정한 결과이다. n=3. **p<0.01, ***p<0.001 vs. NT siRNA 형질주입, ##p<0.01, ###p<0.001 vs. NT siRNA 형질주입과 함께 고농도 포도당. 도 32 및 도 33은 24시간 동안 고농도 포도당(25mM) 처리 전에 30분 동안 디나소어(25μm)를 세포에 전처리한 결과이다. 도 32은 세포 표면을 비오틴화하고 표지된 단백질을 스트렙타비딘 비드로 분리한 결과이다. 표면 APP, 전체 APP 및 β-액틴이 웨스턴 블롯으로 검출되었다. n=4. 도 33는 세포를 Rab5-특이적 항체로 면역염색하고, DAPI로 대비염색한 결과이다. 스케일 바, 8 μm(배율 X1,000). n=5. 도 34는 48시간 동안 고농도 포도당(25mM) 처리 전에 30분 동안 디나소어(25μm)와 함께 세포를 배양한 결과이다. Aβ 1-42 특이적 ELISA 분석으로 세포 배양 배지 유래 Aβ 1-42를 측정한 결과이다. n=3. **p<0.01, ***p<0.001 vs. 대조군, #p<0.05, ##p<0.01, ###p<0.001 vs. 고농도 포도당.
도 35, 도 36 및 도 39 내지 도 44는 고농도 포도당이 AMPK/mTORC1-매개 자가포식 결함을 통해 엔도솜 제거를 손상시킴을 나타내는 것이다. 도 35는 해마 샘플을 ZLC 및 ZDF 쥐로부터 얻어, LC3, P62 및 β-액틴을 웨스턴 블롯으로 검출한 것이다. n=4. **p<0.01, ***p<0.001 vs. ZLC 쥐. 도 36은 해마 샘플을 비히클- 및 STZ-처리 생쥐로부터 얻어, LC3, P62 및 β-액틴을 웨스턴 블롯으로 검출한 것이다. n=3. **p<0.01 vs. 비히클-처리 생쥐.
도 37 및 도 38은 고농도 포도당이 자가포식을 손상시킴을 나타내는 것이다. *p<0.05 vs. 대조군, **p<0.01 vs 대조군. 도 37은 SK-N-MC에 고농도 포도당(25 mM)을 시간 의존적 방식으로 처리하고, LC3, P62 및 β-액틴에 대해 웨스턴 블롯을 수행한 결과이다. n=4. 도 38은 세포에 D-글루코오스(25mM) 또는 L-글루코오스(25mM)를 24시간 동안 처리하고, LC3, P62 및 β-액틴에 대해 웨스턴 블롯을 수행한 결과이다. n=4.
도 39는 SK-N-MC에 고농도 포도당(25mM)을 시간 의존적 방식으로 처리하고, p-AMPKα(Thr172), t-AMPKα, p-mTOR(Ser2448), t-mTOR 및 β-액틴을 웨스턴 블롯으로 검출하였다. n=4. 도 40, 도 41 및 도 43은 24시간 동안의 고농도 포도당(25mM) 처리 전에 세포를 30분 동안 라파마이신(200nM)와 함께 배양한 결과를 나타낸다. 도 40은 LC3, P62 및 β-액틴에 대해 웨스턴 블롯을 수행한 결과이다. n=4. 도 41은 세포를 LC3-특이적 항체로 면역염색하고, 리소좀트래커 레드(Lysotracker red) 및 DAPI로 염색한 결과이다. 스케일 바, 8 μm(배율 X1,000). 도 42는 24시간 동안의 고농도 포도당(25mM) 처리 전에 세포에 30분 동안 PF-4708671(10μm) 또는 라파마이신(200nM)를 전처리한 결과이다. Rab5 및 β-액틴을 웨스턴 블롯으로 검출하였다. n=5. 도 43은 세포를 Rab5-특이적 항체로 면역염색하고 DAPI로 대비염색한 결과이다. 스케일 바, 8 μm(배율 X1,000). n=4. 도 44는 48시간 동안의 고농도 포도당(25mM) 처리 전에 세포에 30분 동안 라파마이신(200nM)을 전처리한 결과이다. Aβ 1-42 특이적 ELISA 분석으로 세포 배양 배지 유래 Aβ 1-42를 측정한 결과이다. n=3. *p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001 vs. 대조군, #p<0.05, ##p<0.01 vs. 고농도 포도당.
도 45 및 도 47 내지 도 56은 ROS- 및 mTORC1-매개 리소좀 기능장애가 엔도솜 제거를 악화시키고, Aβ 생성을 상향조절한다는 것을 나타내는 것이다. 도 45 및 도 55는 SK-N-MC에 24시간 동안 고농도 포도당(25mM)을 처리한 결과이다. 도 45는 세포를 Rab5-특이적 항체로 면역염색하고, 리소좀트래커 레드 및 DAPI로 염색한 결과이다.
도 46은 고농도 포도당은 엔도리소좀 융합 관련 단백질의 mRNA 발현에 대한 유의한 변화가 없음을 나타내는 것이다. SK-N-MC에 고농도 포도당(25 mM)을 시간 의존적 방식으로 처리하고, ATG14, SNAP29, VTI1B, STX17 및 VAMP7의 mRNA 발현 수준을 정량적 실시간 PCR로 분석하였다. n=5.
도 47은 고농도 포도당(25mM) 처리된 세포를 리소좀트래커 레드로 표지하고, 유동세포분석기로 시간 의존적 방식으로 분석한 결과이다. n=3. ***p<0.001 vs. 대조군. 도 48은 해마 샘플을 ZLC 및 ZDF 쥐로부터 얻고, LAMP1 및 β-액틴을 웨스턴 블롯으로 검출한 것이다. n=3. **p<0.01 vs. ZLC 쥐. 도 49는 해마 샘플을 비히클- 및 STZ-처리 생쥐로부터 얻어, LAMP1 및 β-액틴을 웨스턴 블롯으로 검출한 것이다. n=3. ***p<0.001 vs. 비히클-처리 생쥐. 도 50은 25 mM 고농도 포도당을 시간 의존적 방식으로 처리한 세포에 대해 웨스턴 블롯을 수행한 결과이다. LAMP1 및 β-액틴을 웨스턴 블롯으로 검출한 것이다. n=3. 도 51 및 도 53은 24시간 동안의 고농도 포도당(25mM) 처리 전에 세포에 NAC(4mM)을 30분 동안 전처리한 결과이다. 도 51은 LAMP1 및 β-액틴을 웨스턴 블롯으로 검출한 것이다. n=4. 도 52 및 도 54는 24시간 동안의 고농도 포도당(25mM) 처리 전에 세포를 라파마이신(200nM)과 함께 30분 동안 배양한 결과이다. 도 52는 LAMP1 및 β-액틴을 웨스턴 블롯으로 검출한 것이다. n=4. 도 53 및 도 54는 온전한 리소좀 및 세포내 pH를 리소좀트래커 레드 및 BCECF-AM 염색으로 각각 측정한 결과이다. n=3. 도 55는 세포를 CTSB-특이적 항체로 면역염색하고 리소좀트래커 레드로 염색한 결과이다. 도 56은 48시간 동안의 고농도 포도당(25mM) 처리 전에 세포에 류펩틴(100nM)을 30분 동안 전처리한 결가이다. 인간 Aβ 1-42 특이적 ELISA 분석으로 세포 배양 배지 유래 Aβ 1-42를 측정한 결과이다. n=3. *p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001 vs. 대조군, #p<0.05, ##p<0.01 vs. 고농도 포도당.
도 57 내지 도 59 및 도 61 내지 도 64는 STZ-유도 DM 생쥐 모델에서, 엔도솜 확대, Aβ 증가 및 인지 손상이 각각 디나소어 및 라파마이신에 의해 회복된 것을 나타내는 것이다. 도 57 및 도 61은 IHC에 대한 해마 슬라이드를 Rab5-특이적 항체로 면역염색하고 DAPI로 대비염색한 결과이다. 스케일 바, 50 μm(배율 X200). n=4-5. 도 58 및 도 63은 해마 Aβ 1-42 농도를 쥐 및 생쥐 Aβ 1-42 특이적 ELISA 분석으로 측정한 결과이다. n=4-5. 도 59 및 도 64는 인지 기능을 평가하기 위한 Y-미로 실험을 생쥐에 대해 수행한 결과이다. n=4-5. 도 60은 라파마이신의 처리가 STZ에 의해 유도된 mTORC1의 인산화를 약화시킴을 나타내는 것이다. p-mTOR(Ser 2448), t-mTOR 및 β-액틴에 대해 웨스턴 블롯을 수행하였다. n=4. *p<0.05 vs. 비히클-처리 생쥐, #p<0.05 vs. STZ-처리 생쥐. 도 62는 해마 Rab5 및 β-액틴에 대해 웨스턴 블롯을 수행한 결과이다. n=4. **p<0.01, ***p<0.001 vs. 비히클-처리 생쥐, #p<0.05, ##p<0.01, ###p<0.001 vs. STZ-처리 생쥐.1 schematically shows a mechanism for upregulating the production of amyloid beta through early endosomal disturbance under high glucose conditions. High glucose concentrations increase PICALM, AP2A1 and CHC expression through ROS-stimulated Sp1 nuclear translocation, and PICALM promotes clathrin-mediated APP phagocytosis in lipid rafts, inducing early endosomal expansion, while high glucose concentrations It has been shown to impair endosomal clearance through AMPK/mTORC1- and ROS-mediated self-lysosomal dysregulation.
2-12 show that high glucose concentration upregulates Aβ production through early endosomal expansion. Figures 2 to 4 show samples obtained from ZLC and ZDF rat hippocampus. ** p<0.01 vs. ZLC mice. 5 and 6 show C99, Rab5 and β-actin detected by Western blot. n = 4. 3 , Aβ 1-42 was measured by Aβ 1-42 specific ELISA assay. n=6. 4 and 6 show tissue slides for immunohistochemistry (IHC), immunostained with Rab5-specific antibody and counterstained with DAPI. Scale bar, 50 µm (magnification X200). n=5. 7 and 8 show the results of treating SK-N-MC cells with D-glucose (25 mM) or L-glucose (25 mM) for 24 hours or 48 hours, respectively. FIG. 7 shows C99 and Rab5 detected by Western blot. and β-actin (n=4), and FIG. 8 shows Aβ 1-42 derived from cell culture medium as measured by Aβ 1-42 specific ELISA assay (n=4). 9 shows the results of cells treated with high concentration of glucose (25 mM) for 24 hours, and immunoprecipitation of active Rab5 (GTP-binding Rab5) with a Rab5-specific antibody (upper panel). Expression of Rab5 and β-actin in whole lysates is shown in the middle and bottom panels. n=4. 10 and 11 show the results of immunoprecipitation of cells with Rab5- and C99-specific antibodies and counterstaining with DAPI. Scale bar, 8 μm (magnification X1,000). n=6. * p<0.05, ** p<0.01 vs. control group. 12 shows cells transformed with NT siRNA or RAB5 siRNA for 12 hours before treatment with high concentration of glucose (25 mM) for 48 hours. Aβ 1-42 from cell culture medium was measured by Aβ 1-42 specific ELISA assay. n=3. ** p<0.01 vs. NT siRNA transfection, ## p<0.01 vs. High glucose concentration with NT siRNA transfection.
13 shows that there is no effect of high glucose concentration on the mRNA expression of Rab5 and its effector protein.
14-18 show that high glucose concentration promotes lipid raft-mediated APP phagocytosis, resulting in early endosomal expansion. 14 shows the results of biotin surface labeling and internalization analysis in SK-N-MC treated with high concentration of glucose (25 mM) for 24 hours. 0 and 15 min represent internalization time points. Western blot was performed on the whole lysate (bottom). APP and β-actin were detected. The proportion of internalized APP was measured by normalizing to total APP at 15 minutes in each condition. n=4. 15 is a result of treating cells with high concentration of glucose (25 mM) for 24 hours, and performing Western blot on the sucrose gradient-fractionated lysate. APP, CAV1 and FLOT1 were detected. n=3. 16 and 17 show the results of incubating cells with MβCD (1 mM) for 30 minutes before treatment with high concentration of glucose (25 mM) for 24 hours. 16 shows biotinylation of the cell surface and separation of the labeled protein with streptavidin beads. Surface APP, total APP and β-actin were detected by Western blot. n=4. 17 is a result of immunostaining the cells with an Rba5-specific antibody and counterstaining with DAPI. Scale bar, 8 µm (magnification X1,000). n=4. 18 shows the results of pretreatment with MβCD (1 mM) for 30 minutes before high-concentration glucose (25 mM) treatment for 48 hours, and measuring Aβ 1-42 derived from a cell culture medium by human Aβ 1-42 specific ELISA assay. . n=3. * p<0.05, ** p<0.01 vs. Control, # p<0.05, ## p<0.01 vs. high concentration of glucose.
19-25 show that high glucose concentration increases PICALM, AP2A1 and CHC expression through ROS-stimulated Sp1 nuclear translocation. 19 shows the results of processing SK-N-MC with high concentration of 25 mM glucose in a time-dependent manner, measuring intracellular ROS by DCF-DA staining, and then analyzing the results by flow cytometry. n=3. 20 and 21 show the results of incubating cells with NAC (4 mM) for 30 minutes before treatment with high concentration of glucose (25 mM) for 6 hours. 20 is a Western blot showing the detection results of Sp1, β-tubulin and lamin A/C in cytoplasmic and nuclear fraction samples. n=4. 21 is a result of immunostaining cells with Sp1-specific antibody and counterstaining with DAPI. Scale bar, 8 µm (magnification X1,000). n=4. 22 shows the results of pretreatment of cells with mithramycin A (25 mM) before treatment with high concentration of glucose (25 mM) for 12 hours. The mRNA expression levels of PICALM, AP2AP1 and CHC were analyzed by quantitative real-time PCR. n=4. 23 shows the results of incubating cells with mithramycin A (25 mM) before high-concentration glucose (25 mM) treatment for 24 hours. Western blots were performed for PICALM, AP2AP1, CHC and β-actin. n=4. * p<0.05, ** p<0.01, *** p<0.001 vs. Control, # p<0.05, ## p<0.01, ### p<0.001 vs. high concentration of glucose. Figure 24 shows hippocampal samples obtained from ZLC and ZDF mice, Western blots were performed for PICALM, AP2AP1, CHC and β-actin. n=4. * p<0.05, ** p<0.01 vs. ZLC mice. Figure 25 Western blots were performed for PICALM, AP2AP1, CHC and β-actin on hippocampal samples obtained from vehicle- and STZ-treated mice. n=4. * p<0.05, ** p<0.01 vs. Vehicle-treated mice.
26 shows that PICALM is localized in lipid rafts in both normal and high glucose conditions. PICALM, CAV1 and FLOTI were detected. n=3.
27 to 34 show that PICALM promotes clathrin-mediated APP phagocytosis under high glucose conditions. 27, 28, 30 and 31 show the results for SK-N-Mc transfected with NT siRNA or PICALM siRNA before high glucose treatment (25 mM) for 24 or 48 hours. 27 is a result of immunostaining cells with APP- and AP2A1-specific antibodies and counterstaining with DAPI. Scale bar, 8 µm (magnification X1,000). n=4. Figure 28 shows the results of immunostaining cells with APP- and CHC-specific antibodies and counterstaining with DAPI. Scale bar, 8 µm (magnification X1,000). n=4. 29 is a result of internalization analysis of cells treated with high concentration of glucose (25 mM) for 24 hours by immunostaining using Aβ- and PICALM-specific antibodies. 0 and 0 and 15 min represent internalization time points. Scale bar, 8 μm (magnification X1,000). 30 is a result of biotinylating the cell surface and separating the labeled protein with streptavidin beads. Surface APP, total APP and β-actin were detected by Western blot. n=4. 31 is a result of measuring Aβ 1-42 derived from a cell culture medium by an Aβ 1-42 specific ELISA assay. n=3. ** p<0.01, *** p<0.001 vs. NT siRNA transfection, ## p<0.01, ### p<0.001 vs. High glucose concentration with NT siRNA transfection. 32 and 33 show the results of pre-treating cells with dynaso (25 μm) for 30 minutes before high-concentration glucose (25 mM) treatment for 24 hours. 32 is a result of biotinylating the cell surface and separating the labeled protein with streptavidin beads. Surface APP, total APP and β-actin were detected by Western blot. n=4. 33 is a result of immunostaining the cells with a Rab5-specific antibody and counterstaining with DAPI. Scale bar, 8 µm (magnification X1,000). n=5. 34 is a result of incubating cells with dynaso (25 μm) for 30 minutes before treatment with high concentration of glucose (25 mM) for 48 hours. These are the results of measuring Aβ 1-42 derived from a cell culture medium by an Aβ 1-42 specific ELISA assay. n=3. ** p<0.01, *** p<0.001 vs. Control, # p<0.05, ## p<0.01, ### p<0.001 vs. high concentration of glucose.
35, 36 and 39-44 show that high glucose concentration impairs endosomal clearance through AMPK/mTORC1-mediated autophagy defects. Fig. 35 shows hippocampal samples obtained from ZLC and ZDF mice, and LC3, P62 and β-actin were detected by Western blot. n=4. ** p<0.01, *** p<0.001 vs. ZLC mice. Fig. 36 shows hippocampal samples obtained from vehicle- and STZ-treated mice, and detection of LC3, P62 and β-actin by Western blot. n=3. ** p<0.01 vs. Vehicle-treated mice.
37 and 38 show that high concentration of glucose impairs autophagy. * p<0.05 vs. Control, ** p<0.01 vs control. FIG. 37 shows the results of processing SK-N-MC with high concentration of glucose (25 mM) in a time-dependent manner, and performing Western blots for LC3, P62 and β-actin. n=4. FIG. 38 shows the results of cells treated with D-glucose (25 mM) or L-glucose (25 mM) for 24 hours, and Western blotting was performed for LC3, P62 and β-actin. n=4.
Fig. 39 shows SK-N-MC treated with high concentration of glucose (25 mM) in a time-dependent manner, and p-AMPKα (Thr172), t-AMPKα, p-mTOR (Ser2448), t-mTOR and β-actin are treated by Western blot. was detected as n=4. 40, 41 and 43 show the results of incubating the cells with rapamycin (200 nM) for 30 minutes before treatment with high concentration of glucose (25 mM) for 24 hours. 40 is a result of Western blotting for LC3, P62 and β-actin. n=4. Figure 41 shows the results of immunostaining the cells with an LC3-specific antibody and staining with Lysotracker red and DAPI. Scale bar, 8 µm (magnification X1,000). Figure 42 shows the results of pretreatment of cells with PF-4708671 (10 μm) or rapamycin (200 nM) for 30 minutes before treatment with high concentration of glucose (25 mM) for 24 hours. Rab5 and β-actin were detected by Western blot. n=5. 43 is a result of immunostaining cells with Rab5-specific antibody and counterstaining with DAPI. Scale bar, 8 µm (magnification X1,000). n=4. 44 is a result of pretreatment of cells with rapamycin (200 nM) for 30 minutes before treatment with high concentration of glucose (25 mM) for 48 hours. These are the results of measuring Aβ 1-42 derived from a cell culture medium by an Aβ 1-42 specific ELISA assay. n=3. * p<0.05, ** p<0.01, *** p<0.001 vs. Control, # p<0.05, ## p<0.01 vs. high concentration of glucose.
45 and 47-56 show that ROS- and mTORC1-mediated lysosomal dysfunction exacerbate endosomal clearance and upregulate Aβ production. 45 and 55 show the results of treating SK-N-MC with high concentration of glucose (25 mM) for 24 hours. 45 shows the results of immunostaining cells with Rab5-specific antibody and staining with Lysosomal Tracker Red and DAPI.
Figure 46 shows that the high concentration of glucose does not have a significant change in the mRNA expression of the endolysosomal fusion-related protein. SK-N-MC was treated with high concentration of glucose (25 mM) in a time-dependent manner, and mRNA expression levels of ATG14, SNAP29, VTI1B, STX17 and VAMP7 were analyzed by quantitative real-time PCR. n=5.
FIG. 47 shows the results of high-concentration glucose (25 mM)-treated cells labeled with Lysosomal Tracker Red and analyzed in a time-dependent manner with a flow cytometer. n=3. *** p<0.001 vs. control group. Fig. 48 shows hippocampal samples obtained from ZLC and ZDF mice, and LAMP1 and β-actin were detected by Western blot. n=3. ** p<0.01 vs. ZLC mice. Fig. 49 shows hippocampal samples obtained from vehicle- and STZ-treated mice, and LAMP1 and β-actin were detected by Western blot. n=3. *** p<0.001 vs. Vehicle-treated mice. 50 is a result of Western blotting on cells treated with 25 mM high-concentration glucose in a time-dependent manner. LAMP1 and β-actin were detected by Western blot. n=3. 51 and 53 show the results of pretreating cells with NAC (4 mM) for 30 minutes before treatment with high concentration of glucose (25 mM) for 24 hours. Figure 51 shows the detection of LAMP1 and β-actin by Western blot. n=4. 52 and 54 show the results of incubating cells with rapamycin (200 nM) for 30 minutes before treatment with high concentration of glucose (25 mM) for 24 hours. Figure 52 shows the detection of LAMP1 and β-actin by Western blot. n=4. 53 and 54 show the results of measuring intact lysosome and intracellular pH by lysosomal tracker red and BCECF-AM staining, respectively. n=3. 55 is a result of immunostaining the cells with a CTSB-specific antibody and staining with Lysosomal Tracker Red. Figure 56 is a result of pretreatment of cells with leupeptin (100 nM) for 30 minutes before treatment with high concentration of glucose (25 mM) for 48 hours. These are the results of measuring Aβ 1-42 derived from a cell culture medium by a human Aβ 1-42 specific ELISA assay. n=3. * p<0.05, ** p<0.01, *** p<0.001 vs. Control, # p<0.05, ## p<0.01 vs. high concentration of glucose.
Figures 57 to 59 and Figures 61 to 64 show that in the STZ-induced DM mouse model, endosomal expansion, Aβ increase, and cognitive impairment were restored by dynasore and rapamycin, respectively. 57 and 61 show results of immunostaining of hippocampal slides for IHC with Rab5-specific antibody and counterstaining with DAPI. Scale bar, 50 µm (magnification X200). n=4-5. 58 and 63 show the results of measuring hippocampal Aβ 1-42 concentrations by ELISA assay specific to rat and mouse Aβ 1-42. n=4-5. 59 and 64 are results of performing a Y-maze experiment on mice for evaluating cognitive function. n=4-5. Figure 60 shows that treatment with rapamycin attenuates STZ-induced phosphorylation of mTORC1. Western blots were performed for p-mTOR (Ser 2448), t-mTOR and β-actin. n=4. * p<0.05 vs. Vehicle-treated mice, # p<0.05 vs. STZ-treated mice. Figure 62 shows the results of performing Western blot on hippocampal Rab5 and β-actin. n=4. ** p<0.01, *** p<0.001 vs. Vehicle-treated mice, # p<0.05, ## p<0.01, ### p<0.001 vs. STZ-treated mice.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is those well known and commonly used in the art.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are only exemplified for the purpose of describing embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as being limited to the embodiments described herein, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 발명에서는 아밀로이드 베타(Aβ)를 생성하는 엔도솜 및 관련 신호전달 경로에 대한 고농도 포도당의 영향을 조사하였다. 본 발명자들은 고농도 포도당이 지질 뗏목에서 PICALM(phosphatidylinositol binding clathrin assembly protein)-매개 APP 식작용의 증가에 의해 달성된 초기 엔도솜 확대를 통해 Aβ 생성을 상향조절한다는 것을 밝혀내었다. 한편, 초기 엔도솜 확대가 AMPK/mTORC1(mammalian target of rapamycin complex 1)-매개 자가포식의 기능장애 및 ROS- 및 mTORC1-매개 리소좀 기능장애 또한 유도한다는 것을 밝혀내었다. 아울러, DM 모델에서의 Aβ 생성의 증가 및 인지 결핍이 초기 엔도솜 확대의 억제에 의해 회복된다는 것을 밝혀내었다. 이러한 결과를 통해 고농도 포도당이 Aβ 생성을 상향조절하는, PICALM-유도 APP 식작용 및 ROS- 및 mTORC1-억제 엔도솜 제거를 통한, 초기 엔도솜 교란을 유도한다는 것을 입증하였다.In the present invention, the effect of high concentration of glucose on endosomes and related signaling pathways producing amyloid beta (Aβ) was investigated. We found that high glucose concentrations upregulate Aβ production through early endosomal expansion achieved by an increase in phosphatidylinositol binding clathrin assembly protein (PICALM)-mediated APP phagocytosis in lipid rafts. On the other hand, it was found that early endosomal expansion also induces dysfunction of AMPK/mTORC1 (mammalian target of rapamycin complex 1)-mediated autophagy and ROS- and mTORC1-mediated lysosomal dysfunction. In addition, it was found that increased Aβ production and cognitive deficits in the DM model were recovered by inhibition of early endosomal expansion. These results demonstrated that high glucose concentration induces early endosomal perturbation through PICALM-induced APP phagocytosis and ROS- and mTORC1-inhibiting endosomal clearance, which upregulates Aβ production.
본 발명은 고농도 포도당이 PICALM 및 mTORC1 매개 초기 엔도솜 장애의 유발을 통해 아밀로이드 베타 생성 및 인지 장애를 유발함을 규명하였다. 다시 말해서, 본 발명은 PICALM-매개 APP 식작용의 증가와, ROS- 및 mTORC1-매개 자가리소좀 경로의 손상에 의해 유도된 초기 엔도솜 교란을 통한 Aβ의 생성을, 고농도 포도당이 상향조절한다는 것을 입증하였다(도 1). 도 1에 나타난 바와 같이, 초기 엔도솜 장애는 다음과 같은 두 가지 메커니즘에 의해 일어난다: PICALM 매개 Aβ 전구 단백질의 지질 뗏목에서의 식작용의 증가로 인한 초기 엔도솜으로의 물질의 유입 증가; 및 mTORC1과 ROS가 매개한 세포자가포식 작용의 억제로 인한 초기 엔도솜 제거의 장애. 상기 메커니즘으로 인한 초기 엔도솜의 장애는 Aβ의 과도한 생성을 촉진하며, 이로써 인지 장애를 유발한다. 따라서, 본 발명은 PICALM 및 mTORC1의 조절을 통한 초기 엔도솜 장애를 억제하는 기술로서, 당뇨병 환경에서 Aβ의 과도한 생성을 예방 및 억제하는 기술에 관한 것이다. 본 발명은 DM 조건 하에서 Aβ 병리학에서 초기 엔도솜 조절장애 및 그의 정확한 메커니즘을 확인한 최초의 연구이다. 이는 당뇨병이 알츠하이머병을 유발하는 중요한 인자임을 확인함과 동시에, 초기 엔도솜 장애의 교정으로 당뇨병과 알츠하이머병 모두를 예방 및 치료할 수 있음을 의미하는 것으로, 본 발명은 PICALM 및 mTORC1을 표적화하는 것이 당뇨병 및 알츠하이머병의 동반이환을 관리하기 위한 전도유망한 전략이라는 강력한 증거를 제시하는 것이다.The present invention has identified that high concentration of glucose induces amyloid beta production and cognitive impairment through induction of PICALM and mTORC1-mediated early endosomal disorders. In other words, the present invention demonstrated that high glucose upregulates the increase in PICALM-mediated APP phagocytosis and the production of Aβ through early endosomal perturbation induced by impairment of ROS- and mTORC1-mediated autolysosomal pathways. (Fig. 1). As shown in Figure 1, early endosomal disruption occurs by two mechanisms: increased influx of substances into early endosomes due to increased phagocytosis in the lipid raft of the PICALM-mediated Aβ precursor protein; and impairment of early endosomal clearance due to inhibition of mTORC1 and ROS-mediated cellular autophagy. Disorder of early endosomes due to the above mechanism promotes excessive production of Aβ, thereby causing cognitive impairment. Accordingly, the present invention relates to a technology for inhibiting early endosomal disorders through regulation of PICALM and mTORC1, and to a technology for preventing and inhibiting excessive production of Aβ in a diabetic environment. The present invention is the first study to identify early endosomal dysregulation and its precise mechanism in Aβ pathology under DM conditions. This means that it is possible to prevent and treat both diabetes and Alzheimer's disease by correcting early endosomal disorders while confirming that diabetes is an important factor inducing Alzheimer's disease. and to provide strong evidence that it is a promising strategy for managing the comorbidities of Alzheimer's disease.
본 발명은 일 관점에서, PICALM(phosphatidylinositol binding clathrin assembly protein; 포스파티딜이노시톨 결합 클라트린 조립 단백질) 저해제 및 mTORC1(mammalian target of rapamycin complex 1, 포유류 라파마이신 표적 복합체 1) 저해제를 유효성분으로 포함하는 신경퇴행성질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물에 관한 것이다.The present invention in one aspect, PICALM (phosphatidylinositol binding clathrin assembly protein; phosphatidylinositol binding clathrin assembly protein) inhibitor and mTORC1 (mammalian target of
본 발명은 다른 관점에서, PICALM 저해제 및 mTORC1 저해제를 유효성분으로 포함하는 신경퇴행성질환의 예방 또는 개선용 식품 조성물에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a food composition for preventing or improving neurodegenerative diseases comprising a PICALM inhibitor and an mTORC1 inhibitor as active ingredients.
본 발명에 있어서, 상기 PICALM 저해제 및 mTORC1 저해제가 고농도 포도당에 의한 초기 엔도솜 장애를 억제하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the PICALM inhibitor and the mTORC1 inhibitor may be characterized in that it inhibits the initial endosomal disorder caused by high glucose concentration.
본 발명에 있어서, 상기 PICALM 저해제 및 mTORC1 저해제가 아밀로이드 베타 생성을 억제하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the PICALM inhibitor and the mTORC1 inhibitor may be characterized in that the inhibition of amyloid beta production.
본 발명에 있어서, 상기 PICALM 저해제는 미트라마이신(mithramycin) A인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the PICALM inhibitor may be characterized in that it is mithramycin A, but is not limited thereto.
본 발명에 있어서, 상기 mTORC1 저해제는 라파마이신(rapamycin), 데포로리무스(deforolimus), 에베로리무스(everolimus), 템시롤리무스(temsirolimus), 토린1(torin1) 및 PP242로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the mTORC1 inhibitor is at least one selected from the group consisting of rapamycin, deforolimus, everolimus, temsirolimus, torin1 and PP242. It may be characterized, but is not limited thereto.
본 발명에 있어서, 상기 신경퇴행성질환은 알츠하이머병, 헌팅턴병, 파킨슨병, 다발성경화증, 근위축성 측석 경화증, 루게릭병, 전측두엽 치매, 피질-기저핵 퇴행증, 면역계 이상 뇌기능 부전, 뇌 허혈 및 뇌출혈로 인한 치매, 대사성 뇌질환 및 진행성 핵상마비로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the neurodegenerative disease is Alzheimer's disease, Huntington's disease, Parkinson's disease, multiple sclerosis, amyotrophic lateral sclerosis, Lou Gehrig's disease, frontotemporal dementia, cortical-basal ganglia degeneration, immune system dysfunction, brain ischemia and cerebral hemorrhage It may be characterized in that at least one selected from the group consisting of dementia, metabolic brain disease, and progressive supranuclear palsy, but is not limited thereto.
본 발명에 있어서, 용어, "예방"이란 본 발명에 따른 약학적 조성물의 투여에 의해 신경성퇴행성질환의 발병을 억제 또는 지연시키는 모든 행위를 의미하고, "치료"란 상기 약학적 조성물의 투여에 의해 신경퇴행성질환의 의심 및 발병 개체의 증상이 호전되거나 이롭게 변경되는 모든 행위를 의미한다.In the present invention, the term "prevention" refers to any action that inhibits or delays the onset of neurodegenerative diseases by administration of the pharmaceutical composition according to the present invention, and "treatment" refers to any action by administration of the pharmaceutical composition. It refers to any action that improves or beneficially changes the symptoms of a suspected or onset neurodegenerative disease.
본 발명의 신경퇴행성질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물은, 약학적 조성물의 제조에 통상적으로 사용하는 적절한 담체, 부형제 또는 희석제를 추가로 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 약학적 조성물은, 각각 통상의 방법에 따라 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 현탁액, 에멀젼, 시럽, 에어로졸 등의 경구형 제형, 외용제, 좌제 및 멸균 주사용액의 형태로 제형화하여 사용될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 약학적 조성물에 포함될 수 있는 담체, 부형제 및 희석제로는 락토즈, 덱스트로즈, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 미정질 셀룰로스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유를 들 수 있다. 제제화 할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다. 경구투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 상기 추출물과 이의 분획물들에 적어도 하나 이상의 부형제 예를 들면, 전분, 칼슘 카보네이트(calcium carbonate), 수크로스(sucrose) 또는 락토오스(lactose), 젤라틴 등을 섞어 조제된다. 또한 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스티레이트, 탈크 같은 윤활제들도 사용된다. 경구를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는 데 흔히 사용되는 단순 희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다. 비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조 제제, 좌제가 포함된다. 비수성용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈(tween) 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다.The pharmaceutical composition for the prevention or treatment of neurodegenerative diseases of the present invention may further include an appropriate carrier, excipient or diluent commonly used in the preparation of the pharmaceutical composition. Specifically, the pharmaceutical composition is formulated in the form of oral dosage forms such as powders, granules, tablets, capsules, suspensions, emulsions, syrups, aerosols, external preparations, suppositories, and sterile injection solutions, respectively, according to a conventional method. can be used In the present invention, carriers, excipients and diluents that may be included in the pharmaceutical composition include lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, xylitol, erythritol, maltitol, starch, acacia gum, alginate, gelatin, calcium phosphate, calcium silicate, cellulose, methyl cellulose, microcrystalline cellulose, polyvinyl pyrrolidone, water, methylhydroxybenzoate, propylhydroxybenzoate, talc, magnesium stearate and mineral oil. In the case of formulation, it is prepared using commonly used diluents or excipients such as fillers, extenders, binders, wetting agents, disintegrants, and surfactants. Solid preparations for oral administration include tablets, pills, powders, granules, capsules, etc., and these solid preparations include at least one excipient in the extract and its fractions, for example, starch, calcium carbonate, It is prepared by mixing sucrose or lactose, gelatin, etc. In addition to simple excipients, lubricants such as magnesium stearate and talc are also used. Liquid preparations for oral use include various excipients, such as wetting agents, sweeteners, fragrances, and preservatives, in addition to simple diluents such as water and liquid paraffin, which are commonly used for suspensions, solutions, emulsions, and syrups. there is. Formulations for parenteral administration include sterile aqueous solutions, non-aqueous solutions, suspensions, emulsions, freeze-dried preparations, and suppositories. Non-aqueous solvents and suspending agents include propylene glycol, polyethylene glycol, vegetable oils such as olive oil, and injectable esters such as ethyl oleate. As the base of the suppository, witepsol, macrogol, tween 61, cacao butter, laurin, glycerogelatin, and the like can be used.
본 발명의 약학적 조성물에 포함된 PICALM 저해제 및 mTORC1 저해제의 함량은 특별히 이에 제한되지 않으나, 전체 조성물의 중량을 기준으로 각각 0.0001 내지 50 중량%, 보다 바람직하게는 0.01 내지 20 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.The content of the PICALM inhibitor and the mTORC1 inhibitor included in the pharmaceutical composition of the present invention is not particularly limited thereto, but is to be included in an amount of 0.0001 to 50% by weight, more preferably 0.01 to 20% by weight, respectively, based on the weight of the total composition. can
본 발명의 약학적 조성물은 약제학적으로 유효한 양으로 투여될 수 있는데, 용어 "약제학적으로 유효한 양"이란 의학적 치료 또는 예방에 적용 가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 치료 또는 예방하기에 충분한 양을 의미하며, 유효 용량 수준은 질환의 중증도, 약물의 활성, 환자의 연령, 체중, 건강, 성별, 환자의 약물에 대한 민감도, 사용된 본 발명의 약학적 조성물의 투여 시간, 투여 경로 및 배출 비율 치료기간, 사용된 본 발명의 조성물과 배합 또는 동시 사용되는 약물을 포함한 요소 및 기타 의학 분야에 잘 알려진 요소에 따라 결정될 수 있다. 본 발명의 약학적 조성물은 개별 치료제로 투여하거나 다른 치료제와 병용하여 투여될 수 있고 종래의 치료제와는 순차적으로 또는 동시에 투여될 수 있다. 그리고 단일 또는 다중 투여될 수 있다. 상기 요소를 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 투여하는 것이 중요하다.The pharmaceutical composition of the present invention may be administered in a pharmaceutically effective amount, and the term "pharmaceutically effective amount" refers to an amount sufficient to treat or prevent a disease at a reasonable benefit/risk ratio applicable to medical treatment or prevention. Meaning, the effective dose level is the severity of the disease, the activity of the drug, the patient's age, weight, health, sex, the patient's sensitivity to the drug, the administration time of the pharmaceutical composition of the present invention used, the route of administration and the rate of excretion treatment The duration may be determined according to factors including drugs used in combination or concomitant with the composition of the present invention used and other factors well known in the medical field. The pharmaceutical composition of the present invention may be administered as an individual therapeutic agent or may be administered in combination with other therapeutic agents, and may be administered sequentially or simultaneously with conventional therapeutic agents. and may be administered single or multiple. Taking all of the above factors into consideration, it is important to administer an amount that can obtain the maximum effect with a minimum amount without side effects.
본 발명의 약학적 조성물의 투여량은 예를 들어, 본 발명의 약학적 조성물을 사람을 포함하는 포유동물에 하루 동안 0.1 내지 500 mg/체중 kg으로 투여할 수 있다. 또한, 본 발명의 약학적 조성물의 투여 빈도는 특별히 이에 제한되지 않으나, 1일 1회 투여하거나 또는 용량을 분할하여 수회 투여할 수 있다. 상기 투여량은 어떠한 면으로든 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.The dosage of the pharmaceutical composition of the present invention may be, for example, 0.1 to 500 mg/kg body weight of the pharmaceutical composition of the present invention to mammals including humans per day. In addition, the frequency of administration of the pharmaceutical composition of the present invention is not particularly limited thereto, but may be administered once a day or administered several times by dividing the dose. The above dosage does not limit the scope of the present invention in any way.
본 발명에 있어서, 상기 약학적 조성물을 개별 치료제로 투여하거나 다른 치료제와 병용하여 투여될 수 있고 종래의 치료제와는 순차적 또는 동시에 투여될 수 있다.In the present invention, the pharmaceutical composition may be administered as an individual therapeutic agent or may be administered in combination with other therapeutic agents, and may be administered sequentially or simultaneously with conventional therapeutic agents.
본 발명의 식품 조성물에 포함된 PICALM 저해제 및 mTORC1 저해제의 함량은 특별히 이에 제한되지 않으나, 전체 조성물의 중량을 기준으로 각각 0.0001 내지 50 중량%, 보다 바람직하게는 0.01 내지 20 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.The contents of the PICALM inhibitor and the mTORC1 inhibitor included in the food composition of the present invention are not particularly limited thereto, but may be included in an amount of 0.0001 to 50% by weight, more preferably 0.01 to 20% by weight, respectively, based on the weight of the total composition. there is.
본 발명의 식품 조성물은 영양제, 비타민, 전해질, 감미제, 착색제, 유기산, 방부제 등을 추가로 함유할 수 있으며, 이러한 성분들을 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.The food composition of the present invention may further contain nutrients, vitamins, electrolytes, sweeteners, colorants, organic acids, preservatives, and the like, and these components may be used independently or in combination.
본 발명의 식품 조성물을 이용하여 신경퇴행성질환을 예방 또는 개선시킬 수 있는 가공식품을 제조할 수 있는데, 예들 들어, 과자, 음료, 주류, 발효식품, 통조림, 우유가공식품, 육류가공식품 또는 국수가공식품의 형태인 건강기능성 식품으로 제조될 수 있다. 이때, 과자는 비스킷, 파이, 케익, 빵, 캔디, 젤리, 껌, 시리얼(곡물푸레이크 등의 식사대용품류 포함) 등을 포함한다. 음료는 음용수, 탄산음료, 기능성이온음료, 쥬스(예들 들어, 사과, 배, 포도, 알로에, 감귤, 복숭아, 당근, 토마토 쥬스 등), 식혜 등을 포함한다. 주류는 청주, 위스키, 소주, 맥주, 양주, 과실주 등을 포함한다. 발효식품은 간장, 된장, 고추장 등을 포함한다. 통조림은 수산물 통조림(예들 들어, 참치, 고등어, 꽁치, 소라 통조림 등), 축산물 통조림(쇠고기, 돼지고기, 닭고기, 칠면조 통조림 등), 농산물 통조림(옥수수, 복숭아, 파일애플 통조림 등)을 포함한다. 우유가공식품은 치즈, 버터, 요구르트 등을 포함한다. 육류가공식품은 돈까스, 비프까스, 치킨까스, 소세지. 탕수육, 너겟류, 너비아니 등을 포함한다. 밀봉포장생면 등의 국수를 포함한다. 이 외에도 상기 조성물은 레토르트식품, 스프류 등에 사용될 수 있다.Processed foods capable of preventing or improving neurodegenerative diseases can be prepared by using the food composition of the present invention, for example, confectionery, beverage, alcoholic beverage, fermented food, canned food, milk processed food, processed meat food or processed noodles. It can be manufactured as a health functional food in the form of food. In this case, the confectionery includes biscuits, pies, cakes, bread, candy, jelly, gum, cereals (including meal substitutes such as grain flakes), and the like. The beverage includes drinking water, carbonated beverage, functional ionized beverage, juice (eg, apple, pear, grape, aloe, tangerine, peach, carrot, tomato juice, etc.), sikhye, and the like. Alcoholic beverages include sake, whiskey, shochu, beer, Western liquor, fruit wine, and the like. Fermented foods include soy sauce, soybean paste, red pepper paste, and the like. Canned foods include canned seafood (eg, canned tuna, mackerel, saury, conch, etc.), canned livestock products (canned beef, pork, chicken, turkey, etc.), and canned agricultural products (canned corn, peaches, file apples, etc.). Milk products include cheese, butter, yogurt, and the like. Processed meat products include pork cutlet, beef cutlet, chicken cutlet, and sausage. Includes sweet and sour pork, nuggets, and breadcrumbs. Noodles such as sealed packaged raw noodles are included. In addition to this, the composition may be used in retort foods, soups, and the like.
본 발명은 또 다른 관점에서, 상기 PICALM 저해제 및 mTORC1 저해제를 유효성분으로 포함하는 신경퇴행성질환의 예방 또는 치료용 조성물을 약제학적으로 유효한 양으로 신경퇴행성질환이 발병된 개체에 투여하는 단계를 포함하는 신경퇴행성질환의 치료 방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention comprises the step of administering a composition for the prevention or treatment of neurodegenerative diseases comprising the PICALM inhibitor and the mTORC1 inhibitor as an active ingredient in a pharmaceutically effective amount to an individual suffering from a neurodegenerative disease It relates to a treatment method for neurodegenerative diseases.
본 발명에 있어서, 용어 "개체"란 신경퇴행성질환이 발병될 가능성이 있거나 또는 발병된 쥐, 가축, 인간 등을 포함하는 포유동물을 제한 없이 포함한다.In the present invention, the term "individual" includes, without limitation, mammals including rats, livestock, humans, etc. that are likely to or have developed a neurodegenerative disease.
본 발명의 신경퇴행성질환의 치료 방법있어서, 상기 약학적 조성물의 투여 경로는 목적 조직에 도달할 수 있는 한 어떠한 일반적인 경로를 통하여도 투여될 수 있다. 본 발명의 약학적 조성물은 특별히 이에 제한되지 않으나, 목적하는 바에 따라 복강내 투여, 정맥내 투여, 근육내 투여, 피하 투여, 피내 투여, 경구 투여, 비내 투여, 폐내 투여, 직장내 투여 등의 경로를 통해 투여 될 수 있다. 다만, 경구 투여 시에는 위산에 의하여 상기 환삼덩굴의 추출물 또는 그의 분획물이 변성될 수 있기 때문에 경구용 조성물은 활성 약제를 코팅하거나 위에서의 분해로부터 보호되도록 제형화 되어야 한다. 또한, 상기 조성물은 활성 물질이 표적 세포로 이동할 수 있는 임의의 장치에 의해 투여될 수 있다.In the method of treating a neurodegenerative disease of the present invention, the administration route of the pharmaceutical composition may be administered through any general route as long as it can reach the target tissue. The pharmaceutical composition of the present invention is not particularly limited thereto, but routes such as intraperitoneal administration, intravenous administration, intramuscular administration, subcutaneous administration, intradermal administration, oral administration, intranasal administration, intrapulmonary administration, rectal administration, etc. can be administered through However, during oral administration, since the extract or a fraction thereof may be denatured by gastric acid, the oral composition must be formulated to coat the active agent or to protect it from degradation in the stomach. In addition, the composition may be administered by any device capable of transporting the active agent to a target cell.
[실시예][Example]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
실시예 1: 방법Example 1: Method
1-1: 실험 재료 1-1: Experimental material
인간 신경모세포종 세포주 SK-N-MC 유래 세포를 한국세포주은행(Korean Cell Line Bank, 서울, 한국)으로부터 얻었다. 소태아혈청(FBS) 및 항생제는 각각 Hyclone(Logan, UT, USA) 및 Gibco(Grand Island, NY, USA)로부터 구입하였다. β-액틴(sc-47778), CAV1(sc-53564), FLOT1(sc-74566), CHC(sc-12734), PICALM(sc-271224), 라민 A/C(sc-2068), LAMP1(sc-20011), p-AMPKα(Thr 172)(sc-33524), BACE 1(sc-33711), 및 카텝신 B(sc-365558)의 항체는 Santa Cruz Biotechnology(Santa Cruz, CA, USA)로부터 얻었다. β-튜불린(CSB-PA03874A0Rb) 및 AP2A1(610502)의 항체를 각각 Cusabio(Wuhan, Hubei, China) 및 BD biosciences(San Jose, CA, USA)에서 구입하였다. Rab5(NB120-13253), P62(NBP1-48320), 및 LC3(NB100-2220)의 항체는 Novus Biologicals(Centennial, CO, USA)로부터 구입하였다. p-mTOR(Ser 2448)(2971S), mTOR(2983 S) 및 AMPK(2532 S)의 항체는 Cell Signaling Technology(Beverly, MA, USA)에서 얻었다. APP(ab32136), Sp1(ab227383), Aβ(ab2539)의 항체는 Abcam(Cambridge, England)에서 구입하였다. C99(802801)의 항체는 Biolegend(San Diego, CA, USA)에서 얻었다. MβCD, 디나소어 수화물, 라파마이신, NAC, DAPI, D-글루코오스, L-글루코오스, 류펩틴 및 STZ는 Sigma Chemical Company(St Louis, MO, USA)에서 구입하였다. GM6001 및 미스라마이신 A는 각각 Cayman Chemical(Ann Arbor, MI, USA) 및 Tocris Bioscience(Bristol, UK)로부터 얻었다. PICALM, AP2A1, CHC, RAB5, EEA1, RABGEF1, RABEP1, APPL1, ATG14, SNAP29, VTI1B, STX17, VAMP7, 및 ACTB에 대한 mRNA 프라이머를 코스모진텍(Cosmo Genetech, 서울, 한국)에서 구입하였다. RAB5 및 PICALM에 대한 siRNA를 바이오니아(Bioneer, 대전, 한국)에서 얻었다. NT siRNA는 Dharmacon(Lafayette, CO, USA)에서 구입하였다.Cells derived from the human neuroblastoma cell line SK-N-MC were obtained from the Korean Cell Line Bank (Seoul, Korea). Fetal bovine serum (FBS) and antibiotics were purchased from Hyclone (Logan, UT, USA) and Gibco (Grand Island, NY, USA), respectively. β-actin (sc-47778), CAV1 (sc-53564), FLOT1 (sc-74566), CHC (sc-12734), PICALM (sc-271224), lamin A/C (sc-2068), LAMP1 (sc -20011), p-AMPKα (Thr 172) (sc-33524), BACE 1 (sc-33711), and cathepsin B (sc-365558) antibodies were obtained from Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA, USA). . Antibodies of β-tubulin (CSB-PA03874A0Rb) and AP2A1 (610502) were purchased from Cusabio (Wuhan, Hubei, China) and BD biosciences (San Jose, CA, USA), respectively. Antibodies of Rab5 (NB120-13253), P62 (NBP1-48320), and LC3 (NB100-2220) were purchased from Novus Biologicals (Centennial, CO, USA). Antibodies of p-mTOR (Ser 2448) (2971S), mTOR (2983 S) and AMPK (2532 S) were obtained from Cell Signaling Technology (Beverly, MA, USA). Antibodies of APP (ab32136), Sp1 (ab227383), and Aβ (ab2539) were purchased from Abcam (Cambridge, England). The antibody of C99 (802801) was obtained from Biolegend (San Diego, CA, USA). MβCD, dynaso hydrate, rapamycin, NAC, DAPI, D-glucose, L-glucose, leupeptin and STZ were purchased from Sigma Chemical Company (St Louis, MO, USA). GM6001 and misramycin A were obtained from Cayman Chemical (Ann Arbor, MI, USA) and Tocris Bioscience (Bristol, UK), respectively. mRNA primers for PICALM, AP2A1, CHC, RAB5, EEA1, RABGEF1, RABEP1, APPL1, ATG14, SNAP29, VTI1B, STX17, VAMP7, and ACTB were purchased from Cosmo Genetech (Cosmo Genetech, Seoul, Korea). siRNAs for RAB5 and PICALM were obtained from Bioneer (Bioneer, Daejeon, Korea). NT siRNA was purchased from Dharmacon (Lafayette, CO, USA).
1-2: 실험 동물1-2: experimental animals
수컷 및 암컷 이형접합형(Leprfa/+) ZDF 쥐(rat)를 Genetic Models Co.(Indianapolis, USA)로부터 얻어, 서로 교배시켜, 동형접합 ZDF 린 대조군(ZDF lean control, ZLC) 및 ZLC 쥐를 얻었다. 12시간 명/12시간 암 주기로, 적절한 온도(20-25℃) 및 습도(60% 미만)으로 설정된 표준 환경 상태에서 쥐를 사육하였다. 쥐들이 적절한 식이(Purina 5008, 한국 퓨리나, 한국; Genetic Models Co. 추천) 및 수돗물에 자유롭게 접근가능하게 하였다. 동물 취급 및 관리는 국제법 및 정책에 의해 수립된 지침(NIH Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, NIH Publication No 85-23, 1985, revised 2011)에 따라 수행되었다. 실험 프로토콜은 서울대학교 동물실험윤리위원회의 승인을 받았다(승인번호: SNU-140219-1). 수컷 ICR 생쥐(mouse) (9주령)를 한림실험동물연구소(수원, 한국)에서 구입하여, 기존 환경 조건(20-25℃, 60% 습도 및 12시간 명/12시간 암 주기)에서 사육하였다. 생쥐가 음식물 및 음용수에 자유롭게 접근가능하게 하였다. 동물 취급 및 관리는 서울대학교 동물실험윤리위원회에 따라 수행되며 승인되었다(승인번호: SNU-190122-1).Male and female heterozygous (Leprfa/+) ZDF mice (rat) were obtained from Genetic Models Co. (Indianapolis, USA) and bred to obtain homozygous ZDF lean control (ZLC) and ZLC mice. . Rats were bred under standard environmental conditions set at an appropriate temperature (20-25° C.) and humidity (less than 60%) with a 12-hour light/12-hour dark cycle. Rats were given ad libitum access to an appropriate diet (Purina 5008, Purina Korea, Korea; recommended by Genetic Models Co.) and tap water. Animal handling and care was performed in accordance with the guidelines established by international law and policy (NIH Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, NIH Publication No 85-23, 1985, revised 2011). The experimental protocol was approved by the Animal Experimental Ethics Committee of Seoul National University (approval number: SNU-140219-1). Male ICR mice (9 weeks old) were purchased from the Hallym Laboratory for Animal Research (Suwon, Korea) and bred under the existing environmental conditions (20-25°C, 60% humidity and 12 hours light/12 hours dark cycle). Mice were given free access to food and drinking water. Animal handling and management were performed and approved in accordance with the Animal Experimental Ethics Committee of Seoul National University (approval number: SNU-190122-1).
1-3: 동물 실험 설계1-3: Animal Experimental Design
초기 엔도솜 교란에 대한 이형 당뇨병(DM)의 영향을 조사하기 위하여, 수컷 쥐를 두 개의 군으로 나누었다: ZLC 및 ZDF 군(각 군 당 n=6). 만성 이형 DM의 경우, 쥐를 33주령까지 유지하였다. 혈당 및 체중을 각각 휴대형 글루코오스 모니터(ACCU-CHEK® GO; 327 Roche, Mannheim, Germany)와 저울로 6 및 33 주에 측정하였다(표 1).To investigate the effect of dysmorphic diabetes mellitus (DM) on early endosomal disturbance, male rats were divided into two groups: ZLC and ZDF groups (n=6 per group). For chronic heterozygous DM, mice were maintained until 33 weeks of age. Blood glucose and body weight were measured at 6 and 33 weeks with a portable glucose monitor (ACCU-CHEK® GO; 327 Roche, Mannheim, Germany) and a balance, respectively (Table 1).
(데이터는 평균±SEM)(Data is mean±SEM)
쥐들은 33주령에 안락사시켰다. 엔도솜 조절장애에 대한 1형 DM의 영향을 조사하기 위하여, STZ-유도 DM 생쥐를 종래의 방법에 따라 만들었다(Furman, B. L., Curr. Protoc. Pharmacol, 70, 5-47, 2015; Oh, J. Y. et al., Free. Radic. Biol. Med. 130, 328-342, 2019). 간략히, 생쥐를 200μl 시트르산 나트륨 버퍼(0.1M, pH 4.5) 내 STZ의 복강내 주사를 위해 임의로 선택하였다. STZ 주입 72시간 후부터 시작하여 매 2일 마다 혈당 농도를 휴대형 글루코오스 모니터(ACCU-CHEK® GO; 327 Roche, Mannheim, Germany)로 측정하였다. 혈당 농도가 300 mg/dl을 초과하는 생쥐를 심각한 당뇨병으로 간주하였다(Furman, B. L., Curr. Protoc. Pharmacol, 70, 5-47, 2015). STZ 주입 7일 후, 충분한 수의 당뇨병 생쥐를 얻었다. Dyansore(80μM)(Hansen. C. et al., J. Clin. Invest. 121, 715-725, 2011) 및 4μl DMSO(PBS와 1:1,000)를 생쥐에 뇌실내 주사(ICV)(Kim, H. Y. et al., J. Vis. Exp. 109, e53308, 2016)하고, 생쥐를 임의로 4개의 군(각 군 당 n=6)으로 나누었다. 비히클; STZ; STZ + Dyansore; 및 Dyansore. DM 유도 후 5 및 21 일차에 약물을 두 번 주사하였다. 99% 옥수수 오일(Sigma, #C8267) 및 1% DMSO를 함유하는 200μl 용액 내 라파마이신(8.5 mg/kg)(Zhou, J. et al., J. Neurosci. 29, 1773-1783, 2009)을 생쥐에 IP 주사하고, 생쥐를 임의로 4개의 군(각 군 당 n=6)으로 나누었다. 비히클; STZ; STZ + 라파마이신; 및 라파마이신. DM 유도 후 5일째부터 5일 동안 연속으로 하루에 한 번 약물을 주사하였다. 혈당 농도 및 체중을 9 및 18 주령에 측정하였다(표 2).Rats were euthanized at 33 weeks of age. To investigate the effect of
+ DynasoreSTZ
+ Dynasore
+ 라파마이신STZ
+ Rapamycin
(데이터는 평균±SEM)(Data is mean±SEM)
18주령에 생쥐에 대한 행동 시험을 실시하고, 추가 생화학적 실험을 위해 안락사시켰다.At 18 weeks of age, mice were subjected to behavioral testing and were euthanized for further biochemical experiments.
1-4: 세포 배양1-4: cell culture
SK-N-MC를 저포도당 둘베코 필수 배지(DMEM; Hyclone, #SH30021FS), 10% FBS 및 1% 항생제-항진균제 용액으로 37℃, 5% CO2에서 배양하였다. 세포가 70% 컨플루언시까지 성장한 후에, 실험 전 12시간 동안 2% Knockout™ 혈청 교체물(SR; Gibco, #10828028) 및 1% 항생제-항진균제 혼합물을 포함하는 DMEM으로 교체하였다. SK-N-MC was incubated with Dulbecco's essential medium (DMEM; Hyclone, #SH30021FS), 10% FBS and 1% antibiotic-antimycotic solution with low glucose at 37° C., 5% CO 2 . After the cells had grown to 70% confluency, they were replaced with DMEM containing 2% Knockout™ serum replacement (SR; Gibco, #10828028) and 1% antibiotic-antifungal mixture for 12 hours prior to experimentation.
1-5: Y-미로 자발적 교대 시험1-5: Y-maze Spontaneous Alternate Test
Y-미로 행동 시험은 해마에 의존적인 인지 장애를 평가하기 위해 사용된다. 설치류는 Y-미로의 새로운 팔에 도전하는 것을 본능적으로 선호한다. 시험 전에, 동물을 시험방에 2시간 동안 두어 행동에 대한 스트레스의 영향을 최소화하였다. 삼정(Sam-Jung Company, 서울, 한국)에서 얻은 Y-형 미로의 임의로 선택된 팔에 생쥐를 두었다. 각각의 생쥐가 8분 동안 개방형 필드를 통해 자유롭게 탐험할 수 있게 하였다. 전체 팔 입장 수 및 순서를 기록하였다. 사지 모두가 팔에 놓인 입장만을 완전한 것으로 보았다. 백분율 교대는 최대 교대(총 입장-2) X 100으로 나눈 트리아드의 수이다. 동물이 더 낮은 교대 백분율을 나타낼 때, 동물이 손상된 기억 기능을 나타낸다.The Y-maze behavioral test is used to assess hippocampal-dependent cognitive impairment. Rodents instinctively prefer to challenge the new arms of the Y-maze. Prior to testing, animals were placed in the test room for 2 hours to minimize the effect of stress on behavior. Mice were placed on randomly selected arms of a Y-shaped maze obtained from Sam-Jung Company (Seoul, Korea). Each mouse was allowed to freely explore through the open field for 8 min. The total number of arm entries and sequence were recorded. Only the position in which all limbs were placed on the arm was considered complete. Percent shifts are the number of triads divided by the maximum shifts (total entries-2)
1-6: 면역조직화학1-6: Immunohistochemistry
생쥐와 쥐를 완전히 마취시키고, 경심관류로 PBS에 뒤이어 0.1M 인산 버퍼(pH 7.4) 내 4% PFA로 관류시켰다. 뇌를 제거하고 4% PFA로 후-고정하였다. 그 다음, 뇌를 1-2일 동안 PBS 내 30% 수크로오스에 두었다. 저온유지장치(Leica Biosystems, Nussloch, Germany)를 이용하여 연속적으로 절단함으로써 관상단면(40μm 두께)을 얻었다. 자유롭게 떠다니는 해마 단면을 조심스럽게 처리하였다. 단면들을 5% 정상 염소 혈청(NGS; Sigma-Aldrich, #566380)으로 실온에서 1시간 동안 차단하였다. 일차 항체와 함께 샘플을 밤새 실온에서 배양하였다(1:1,000). 단면들을 PBS로 세번 씻어내고 이차 항체와 함께 2시간 동안 배양하였다(1:200 희석). 면역염색된 슬라이드를 Eclipse Ts2™ 형광 현미경(니콘, 도쿄, 일본)으로 가시화하였다. 모든 IHC 이미지를 Fiji 소프트웨어로 분석하였다.Mice and rats were completely anesthetized and perfused with PBS followed by 4% PFA in 0.1 M phosphate buffer (pH 7.4) by transcardiac perfusion. Brains were removed and post-fixed with 4% PFA. The brains were then placed in 30% sucrose in PBS for 1-2 days. Coronal sections (40 μm thick) were obtained by continuous cutting using a cryostat (Leica Biosystems, Nussloch, Germany). The free-floating hippocampus sections were carefully processed. Sections were blocked with 5% normal goat serum (NGS; Sigma-Aldrich, #566380) for 1 h at room temperature. Samples were incubated overnight at room temperature with primary antibody (1:1,000). Sections were washed three times with PBS and incubated with secondary antibody for 2 h (1:200 dilution). Immunostained slides were visualized with an Eclipse Ts2™ fluorescence microscope (Nikon, Tokyo, Japan). All IHC images were analyzed with Fiji software.
1-7: 유전자 침묵을 위한 siRNA 형질주입 1-7: siRNA transfection for gene silencing
SK-N-MC가 60%까지 성장하였을 때, 25 nM의 지시된 siRNA, 형질주입 시약 TurboFect™(Thermo Fisher, #R0531), 및 2% SR을 함유하는 저포도당 DMEM과 함께 2시간 동안 배양하였다. 실험 전에, 배지를 1% 항생제를 포함하는 배지로 교체하였다. NT siRNA를 음성 대조군으로 사용하였다.When SK-N-MC was grown to 60%, it was incubated for 2 hours with low glucose DMEM containing 25 nM of the indicated siRNA, transfection reagent TurboFect™ (Thermo Fisher, #R0531), and 2% SR. . Before the experiment, the medium was replaced with a medium containing 1% antibiotics. NT siRNA was used as a negative control.
1-8: 웨스턴 블롯 분석1-8: Western blot analysis
수득한 세포 또는 조직을 적절한 용해 버퍼 및 단백질분해효소 및 인산분해효소 저해제 칵테일(100X) (Thermo Fisher, #78440)과 함께 배양하였다. 그 다음, 초음파발생장치 및 볼텍서를 이용하여 30분 동안 얼음에서 균질화하였다. 용해물을 원심분리(13,000×g, 4℃, 20분)로 맑아지게 하였다. BCA(bichichoninic acid) 정량 분석(Thermo Fisher, #23227)을 이용하여 단백질 농도를 측정하였다. 동일한 양의 샘플(5-10μg)을 8-12% SDS-폴리아크릴아미드 겔(SDS-PAGE)에 로딩하고, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 막으로 이동시켰다. 0.2% 트윈(Tween)-20을 함유하는 TBS(tris-buffered saline)[TBST; 150 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl (pH 76)]를 막을 세척하고 배양시키기 위해 사용하였다. 5% 탈지유(Gibco, #232100)로 막을 1시간 동안 차단하였다. 차단된 막을 세번 씻어내고 일차 항체(1:1,000 희석)로 밤새 4℃dptj 배양하였다. 그 다음, 막을 씻어내고 홍당무 과산화효소(horseradish peroxidase, HRP)-접합 이차 항체(1:10,000 희석)로 실온에서 2시간 동안 배양하였다. 블롯 밴드를 화학발광 검출 키트(Advansta Inc, #K-12045-D50)를 이용하여 검출하였다. Image J 소프트웨어(Wayne Rasband이 개발, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA)를 이용하여 단백질 밴드 정량화를 수행하였다. 단백질 발현 수준을 β-액틴 발현 수준으로 표준화하였다. EzSubcell™ 세포이하 분할 키트(Atto, #WSE-7421)를 세포액 및 핵 분할된 샘플의 제조에 적용하였다. 세포액 및 핵 샘플은 제조자의 지시에 따라 얻었다. 세포액 및 핵 샘플의 단백질 발현 수준을 각각 β-튜불린 및 라민 A/C 발현 수준으로 표준화하였다.The obtained cells or tissues were incubated with appropriate lysis buffer and protease and phosphatase inhibitor cocktail (100X) (Thermo Fisher, #78440). Then, homogenization was carried out on ice for 30 minutes using an ultrasonicator and a vortexer. The lysate was clarified by centrifugation (13,000×g, 4° C., 20 min). Protein concentration was measured using BCA (bichichoninic acid) quantitative analysis (Thermo Fisher, #23227). An equal amount of sample (5-10 μg) was loaded on an 8-12% SDS-polyacrylamide gel (SDS-PAGE) and transferred to a polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane. tris-buffered saline (TBS) containing 0.2% Tween-20 [TBST; 150 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl (pH 76)] was used to wash and incubate the membrane. The membrane was blocked with 5% skim milk (Gibco, #232100) for 1 hour. The blocked membrane was washed three times and incubated overnight at 4°C dptj with primary antibody (1:1,000 dilution). Then, the membrane was washed and incubated with horseradish peroxidase (HRP)-conjugated secondary antibody (1:10,000 dilution) at room temperature for 2 hours. Blot bands were detected using a chemiluminescence detection kit (Advansta Inc, #K-12045-D50). Protein band quantification was performed using Image J software (developed by Wayne Rasband, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA). Protein expression levels were normalized to β-actin expression levels. The EzSubcell™ subcellular division kit (Atto, #WSE-7421) was applied to the preparation of cell fluid and nuclear division samples. Cell fluid and nuclear samples were obtained according to the manufacturer's instructions. Protein expression levels in cell fluid and nuclear samples were normalized to β-tubulin and lamin A/C expression levels, respectively.
1-9: 수크로오스 밀도 구배 분류법1-9: sucrose density gradient classification method
SK-N-MC를 차가운 인산 완충 식염수(PBS; Hyclone, #SH30256)로 씻어내고 단백질분해효소 및 인산분해효소 저해제 칵테일(100X)를 가지는 1ml의 용해 완충액(멸균수 내 10 mM EDTA, 500 mM Na2CO3, pH 11)으로 긁어내었다. 용해물을 초음파발생장치(Branson Sonicator 250, Branson Ultrasonic Corp, Danbur, CT, USA)를 이용하여 균질화하였고, 얼음에서 30분 동안 볼텍싱하면서 배양하였다. 5-45% 불연속적 구배를 형성하기 위하여, MES-완충액[MBS: 25 mM MES (pH65), 0.15 M NaCl]에 용해된 4ml의 45% 수크로오스 및 4ml의 5% 수크로오스를 초원심분리 튜브(Beckman Coulter, Fullerton, CA, USA)에 순차적으로 두었다. 그 다음, 동일한 양의 단백질을 4ml의 5% 수크로오스를 형성하기 위해 조절하였고, 초원심분리 튜브에 첨가하였다. 샘플 튜브를 SW41 로터(Beckman Coulter)에서 40,000 rpm으로 24시간 동안 원심분리하였다. 분할된 샘플을 획득하여 웨스턴 블롯으로 분석하였다.Wash SK-N-MC with cold phosphate buffered saline (PBS; Hyclone, #SH30256) and 1 ml lysis buffer (10 mM EDTA, 500 mM Na in sterile water) with protease and phosphatase inhibitor cocktail (100X). 2 CO 3 , pH 11). The lysate was homogenized using an ultrasonicator (
1-10: 면역세포화학 분석1-10: Immunocytochemical analysis
SK-N-MC를 PBS로 두번 씻어내고 4% 파라포름알데하이드(PFA; Lugen Sci, Seoul, Korea, #LGB-1175)로 10분 동안 고정시켰다. 세포막을 투과시키기 위하여, 세포를 0.2% TBST 또는 0.1% Triton X-100(Sigma, T8787)과 함께 10분 동안 배양하였다. 세포를 5% NGS로 40분 동안 차단시키고, 일차 항체(1:100 희석)와 함께 밤새 4℃에서 배양하였다. 그 다음, 세포를 PBS로 세번 씻어내고 Alexa Fluor™ 488 또는 555-접합 이차 항체(1:200 희석)와 함께 실온에서 2시간 동안 배양하였다. 면역염색된 샘플을 SRRF(super-resolution radial fluctuations) 이미징 시스템(Andor Technology, Belfast, UK)(Gustafsson, N et al., Nat. Commun. 7, 12471, 2016)으로 가시화하였다. Fiji 소프트웨어를 사용하여, 형광강도를 정량화하고, 맨더스(manders) 계수로 공동-위치화(co-localization)를 분석하였다.SK-N-MC was washed twice with PBS and fixed with 4% paraformaldehyde (PFA; Lugen Sci, Seoul, Korea, #LGB-1175) for 10 minutes. To permeate the cell membrane, cells were incubated with 0.2% TBST or 0.1% Triton X-100 (Sigma, T8787) for 10 minutes. Cells were blocked with 5% NGS for 40 min and incubated overnight at 4°C with primary antibody (1:100 dilution). Cells were then washed three times with PBS and incubated with Alexa Fluor™ 488 or 555-conjugated secondary antibody (1:200 dilution) at room temperature for 2 hours. Immunostained samples were visualized with a super-resolution radial fluctuations (SRRF) imaging system (Andor Technology, Belfast, UK) (Gustafsson, N et al., Nat. Commun. 7, 12471, 2016). Using Fiji software, fluorescence intensity was quantified and co-localization was analyzed by manders count.
1-11: 세포내 pH 및 활성산소종(ROS)의 측정 1-11: Measurement of intracellular pH and reactive oxygen species (ROS)
세포 투과성 pH-민감성 형광 프로브 BCECF-AM [2',7'-Bis-(2-carboxyethyl)-5-(and-6)- carboxyfluorescein, acetoxymethyl ester; Thermo Fisher, #B1150] 및 CM-H2DCFDA(Thermo Fisher, #C6821)을 각각 세포내 pH 및 ROS를 측정하기 위하여 사용하였다. 약물 처리 후, 세포를 배지 내 2μM BCECF-AM 또는 10μM DCFDA와 함께 배양하고, 37℃에서 30분 동안 유지시켰다. 그 다음, 세포를 PBS로 세번 씻어내었다. BCECF-AM- 및 DCFDA-염색된 세포의 신호를 유세포분석기(Beckman Coulter, Atlanta, USA)를 통해 측정하였다.cell-permeable pH-sensitive fluorescent probe BCECF-AM [2',7'-Bis-(2-carboxyethyl)-5-(and-6)-carboxyfluorescein, acetoxymethyl ester; Thermo Fisher, #B1150] and CM-H2DCFDA (Thermo Fisher, #C6821) were used to measure intracellular pH and ROS, respectively. After drug treatment, cells were incubated with 2 μM BCECF-AM or 10 μM DCFDA in media and maintained at 37° C. for 30 minutes. Then, the cells were washed three times with PBS. Signals of BCECF-AM- and DCFDA-stained cells were measured by flow cytometry (Beckman Coulter, Atlanta, USA).
1-12: 온전한 리소좀의 염색1-12: Staining of intact lysosomes
리소좀트래커 딥 레드(Lysotracker deep red, Thermo Fisher, #L12492)를 온전한 리소좀 염색에 사용하였다. 약물 처리 후, 세포를 배지 내 2μM 리소좀트래커 레드와 함께 배양하고, 37℃에서 30분 동안 유지시켰다. 그 다음, 세포를 PBS로 세번 씻어내었다. 리소좀트래커-염색된 세포의 신호를 유세포분석기(Beckman Coulter, Atlanta, USA)를 통해 측정하거나, 세포를 ICC로 추가로 실험하였다.Lysotracker deep red (Lysotracker deep red, Thermo Fisher, #L12492) was used for intact lysosomal staining. After drug treatment, cells were incubated with 2 μM Lysosomal Tracker Red in medium and maintained at 37° C. for 30 minutes. Then, the cells were washed three times with PBS. Lysosomal tracker-stained signals of cells were measured by flow cytometry (Beckman Coulter, Atlanta, USA), or cells were further tested by ICC.
1-13: 정량 실시간 중합효소 연쇄반응(qPCR)1-13: Quantitative Real-Time Polymerase Chain Reaction (qPCR)
RNA 샘플을 제조자의 지시에 따라, RNA 추출 키트(TaKaRa, #9767)를 이용하여 추출하였다. 그 다음, 역 전사-PCR 프리믹스(iNtRON Biotechnology, #25081)를 이용하여 cDNA를 제조하였다. 45℃에서 1시간 동안, 뒤이어 95℃에서 5분 동안 역전사를 수행하였다. 본원에서 나타낸 mRNA 프라이머 및 TB™ Green Premix Ex Taq™(TaKaRa, #RR420A)으로 Rotor-Gene 6000 실시간 열적 순환 시스템(Corbett Research, NSW, Australia)을 이용하여, cDNA 샘플을 증폭시켰다. qPCR을 다음과 같이 수행하였다: 95℃에서 15분 동안 DNA 중합효소 활성화 및 94℃에서 20초, 55℃에서 20초 및 72℃에서 30초의 60 사이클. 증폭된 산물의 특이성 및 동일성을 녹는 곡선 분석으로 입증하였다. 표적 유전자의 mRNA 발현 수준의 정량화를 이중 델타 Ct 분석으로 수행하였고, 데이터를 ACTB 유전자의 것으로 표준화하였다. RNA samples were extracted using an RNA extraction kit (TaKaRa, #9767) according to the manufacturer's instructions. Then, cDNA was prepared using reverse transcription-PCR premix (iNtRON Biotechnology, #25081). Reverse transcription was performed at 45° C. for 1 hour followed by 95° C. for 5 minutes. cDNA samples were amplified using a Rotor-Gene 6000 real-time thermal cycling system (Corbett Research, NSW, Australia) with the mRNA primers shown herein and TB™ Green Premix Ex Taq™ (TaKaRa, #RR420A). qPCR was performed as follows: DNA polymerase activation at 95 °C for 15 min and 60 cycles of 94 °C for 20 s, 55 °C for 20 s and 72 °C for 30 s. The specificity and identity of the amplified product was verified by melting curve analysis. Quantification of mRNA expression levels of target genes was performed by double delta Ct analysis, and data were normalized to those of the ACTB gene.
1-14: 시험관내 및 생체내 샘플에서 Aβ의 측정1-14: Determination of Aβ in in vitro and in vivo samples
시험관내에서, SK-N-MC의 배양 배지를 수득하여, 인산분해효소 저해제 칵테일(100X)과 함께 -70℃에 저장하였다. 생체내에서, 동일한 양의 희생된 동물로부터 얻은 해마 샘플(200μg)을 적절한 용해 완충액 및 BCA 분석으로 제조하였다. 제조자의 지시에 따라, 배양 배지 및 동물 샘플 내 Aβ(1-42)의 광학 밀도(OD)를 각각 인간 Aβ(1-42) ELISA 키트(Thermo Fisher, #KHB3544) 및 생쥐 Aβ(1-42) ELISA 키트(Thermo Fisher, #KMB3441)를 이용하여 얻었다. OD 값을 표준 곡선을 사용하여 농도로 변환하였다.In vitro, a culture medium of SK-N-MC was obtained and stored at -70°C with a phosphatase inhibitor cocktail (100X). In vivo, hippocampal samples (200 μg) from equal amounts of sacrificed animals were prepared with the appropriate lysis buffer and BCA assay. According to the manufacturer's instructions, the optical density (OD) of Aβ(1-42) in culture medium and animal samples was measured with human Aβ(1-42) ELISA kit (Thermo Fisher, #KHB3544) and mouse Aβ(1-42), respectively. It was obtained using an ELISA kit (Thermo Fisher, #KMB3441). OD values were converted to concentrations using a standard curve.
1-15: GTP-Rab5 활성화 분석1-15: GTP-Rab5 activation assay
Rab5 활성화 분석 키트(Neweast Bioscience, #83701)를 이용하여, Rab5 활성화의 측정을 수행하였다. 모든 과정은 제조자의 지시에 따라 행하였다. 간략히, 세포를 제공된 항-활성 Rab5 단일클론 항체를 함유하는 용해 완충액으로 배양하였다. 그 다음, A/G 아가로오스를 이용하여, 결합된 활성 Rab5를 용해물로부터 끌어내렸다. 침전된 활성 Rab5를 Rab5-특이적 다클론 항체를 이용하여 웨스턴 블롯으로 검출하였다. 활성 Rab5 및 전체 Rab5의 발현 수준의 비를 분석하였다.Measurement of Rab5 activation was performed using the Rab5 activation assay kit (Neweast Bioscience, #83701). All procedures were performed according to the manufacturer's instructions. Briefly, cells were incubated with lysis buffer containing the provided anti-active Rab5 monoclonal antibody. The bound active Rab5 was then pulled down from the lysate using A/G agarose. The precipitated active Rab5 was detected by Western blot using a Rab5-specific polyclonal antibody. The ratio of expression levels of active Rab5 and total Rab5 was analyzed.
1-16: APP 내재화 분석1-16: APP internalization analysis
SK-N-MC를 차가운 PBS로 씻어내고, Aβ 항체(1:100 희석)로 4℃에서 1시간 동안 배양하여, 표면 APP를 표지하였다. 세포를 차가운 PBS로 두번 씻어내고, 37℃에서 0 및 15분 동안 배양하여, 내재화를 가능하게 하였다. 얼음에서 신속한 냉각으로 내재화를 중단시켰다. 세포를 실온에서 4% PFA로 10분 동안 고정시키고, 0.1% Triton X-100으로 10분 동안 투과성으로 만들고, 5% NGS로 40분 동안 차단시켰다. 세포를 일차 항체(1:100 희석)로 밤새 4℃에서 배양하였다. 그 다음, 세포를 PBS로 세번 씻어내고 Alexa Fluor™ 488 또는 555-접합 이차 항체(1:200 희석)로 실온에서 2시간 동안 배양하였다. 면역염색된 샘플을 SRRF 이미징 시스템(Andor Technology, Belfast, UK)으로 가시화하였다.SK-N-MC was washed with cold PBS and incubated with Aβ antibody (1:100 dilution) at 4° C. for 1 hour to label surface APP. Cells were washed twice with cold PBS and incubated at 37° C. for 0 and 15 min to allow internalization. Internalization was stopped by rapid cooling in ice. Cells were fixed at room temperature with 4% PFA for 10 min, permeabilized with 0.1% Triton X-100 for 10 min, and blocked with 5% NGS for 40 min. Cells were incubated overnight at 4°C with primary antibody (1:100 dilution). Cells were then washed three times with PBS and incubated with Alexa Fluor™ 488 or 555-conjugated secondary antibody (1:200 dilution) at room temperature for 2 hours. Immunostained samples were visualized with an SRRF imaging system (Andor Technology, Belfast, UK).
1-17: 세포 표면 비오틴화 분석 및 내재화 분석1-17: Cell surface biotinylation assay and internalization assay
단백질이 세포 표면에 저절로 떨어지는 것을 막기 위해, 약물 처리 전에 30분 동안 GM6001(MMP 저해제; 20 μM)를 전처리하였다(Kanatsu, K. et al., Nat. Commun. 5, 3386, 2014). 세포 표면 단백질 분리 키트(Biovision, #K295-10)를 이용하여 표면 단백질 분리를 수행하였다. 모든 과정은 제조자의 지시에 따라 행하였다. 간략히, 세포를 차가운 PBS로 씻어내고, 비-막-투과성, 티올-분해성, 비오틴화 시약인, Sulfo-NHS-SS-Biotin으로 표지하였다. 내재화 분석을 위해, 비오틴화된 세포를 37℃에서 0 및 15분 동안 배양하여, 내재화를 가능하게 하였다. 얼음에서 신속한 냉각으로 내재화를 중단시켰다. 세포 표면에 남아있는 비오틴을 제거하기 위하여, 4℃에서 20분 동안 세번 MesNA(50 mM Tris-HCl 내 50 mM 2-mercaptoethanesulfonic acid, 100 mM NaCl, 25 mM CaCl2, 및 pH 87)로 배양하였다. 비오틴 시약을 0.1 M 글리신으로 퀸칭한 후, 세포를 용해시키고, 표지된 표면 단백질을 스트렙타비딘 비드를 이용하여 분리하였다. 그 다음, 세포를 DTT(dithiothreitol) 용액으로 배양하여, 부착된 비드를 놔주었다. 비오틴-표지된 단백질에 대하여 웨스턴 블롯을 하였다.In order to prevent the protein from falling on the cell surface spontaneously, GM6001 (MMP inhibitor; 20 μM) was pretreated for 30 min before drug treatment (Kanatsu, K. et al., Nat. Commun. 5, 3386, 2014). Surface protein isolation was performed using a cell surface protein isolation kit (Biovision, #K295-10). All procedures were performed according to the manufacturer's instructions. Briefly, cells were washed with cold PBS and labeled with Sulfo-NHS-SS-Biotin, a non-membrane-permeable, thiol-degradable, biotinylated reagent. For internalization assays, biotinylated cells were incubated at 37° C. for 0 and 15 min to allow internalization. Internalization was stopped by rapid cooling in ice. In order to remove biotin remaining on the cell surface, it was incubated with MesNA (50 mM 2-mercaptoethanesulfonic acid in 50 mM Tris-HCl, 100 mM NaCl, 25 mM CaCl 2 , and pH 87) three times at 4° C. for 20 minutes. After quenching the biotin reagent with 0.1 M glycine, the cells were lysed, and the labeled surface protein was isolated using streptavidin beads. Then, the cells were incubated with a DTT (dithiothreitol) solution, and the attached beads were released. Western blot was performed for the biotin-labeled protein.
1-18: 통계 분석1-18: Statistical Analysis
정량적 데이터는 평균 ± 평균의 표준 오차(S.E.M)으로 나타내고, Prism(GraphPad software, USA)으로 분석하였다. 실험군 간 차이를 분석하기 위하여 ANOVA를 사용하였다. 일부 경우에 다중 비교를 위해 본페로니-던 시험을 사용하였다. p 값 < 0.05인 결과를 통계적으로 유의한 것으로 간주하였다.Quantitative data were expressed as mean ± standard error of the mean (S.E.M) and analyzed by Prism (GraphPad software, USA). ANOVA was used to analyze the differences between the experimental groups. In some cases, the Bonferroni-Dunn test was used for multiple comparisons. Results with p values <0.05 were considered statistically significant.
실시예 2: 결과Example 2: Results
2-1: 고농도 포도당에 의한, 초기 엔도솜 확대를 통한 Aβ 생성의 상향조절2-1: Upregulation of Aβ production through early endosomal expansion by high glucose concentration
Aβ-생성 초기 엔도솜에 대한 DM의 효과를 설명하기 위해, 우선, 웨스턴 블롯팅으로 해마 C99(APP-CTFβ) 및 Rab5를 측정하였다. ZLC 쥐의 수준과 비교하여, 두 단백질 모두 ADF 쥐에서 증가하였다(도 2). 또한, ZDF 쥐는 ZLC 쥐 보다 더 높은 Aβ 수준을 가지고 있었다(도 3). 초기 엔도솜은 또한 확대되었고, ZDF 쥐의 해마에서 ZLC 쥐에서 보다 너 높은 염색 강도를 가지고 있었다(도 4). 게다가, STZ-유도 타입 1 DM 생쥐는 비히클-처리 생쥐와 비교하여, C99 및 Rab5를 증가시켰다(도 5). 아울러, STZ 모델의 해마 초기 엔도솜은 ZDF 쥐와 유사한 변화를 가지고 있었다(도 6). D- 또는 L-글루코오스의 세포에의 처리와 관련된 시험관내 실험에서, 오로지 D-글루코오스만이 C99 및 Rab5를 증가시켰다(도 7). 마찬가지로, 세포 배양 배지 내 Aβ의 수준은 D-글루코오스-처리-샘플에 있어서만 증가하였는데(도 8), 이는 삼투 효과가 아밀로이드생성(amyloidogenesis)에 연관되어 있지 않다는 것을 의미한다. Rab5 단백질 발현의 증가에 더하여, 고농도 포도당은 또한 초기 엔도솜 활성화를 증가시키는데, 이는 GTP-Rab5 형태의 수준을 확인하여 측정되었다(도 9). 고농도 포도당이 초기 엔도솜 내 Aβ 생성을 증가시킨다는 것을 확인하기 위하여, Rab5, 베타-세크레타아제 1(BACE1) 및 C99 항체들과 함께 면역세포화학 염색을 사용하였다. 그 결과, 고농도 포도당이 초기 엔도솜 확대를 유도하며, C99 및 BACE1과의 공동-위치화를 증가시키는데, 이는 확대된 초기 엔도솜 내 Aβ 처리의 증가를 반영하는 것이다(도 10 및 11). 이러한 결과는 RAB5 siRNA 형질주입에 의해 확인되었는데, 이는 고농도 포도당에 의해 유도된 세포 배양 배지 내 Aβ의 증가와 반대이다(도 12). 이러한 발견으로 초기 엔도솜 확대가 DM 조건 하에서 Aβ의 증가에 대한 중요한 특징이라는 것을 알 수 있다.To elucidate the effect of DM on Aβ-producing early endosomes, first, hippocampal C99 (APP-CTFβ) and Rab5 were measured by Western blotting. Compared to the level of ZLC mice, both proteins were increased in ADF mice (Fig. 2). In addition, ZDF mice had higher Aβ levels than ZLC mice (Fig. 3). Early endosomes were also enlarged and had a higher staining intensity in the hippocampus of ZDF mice than in ZLC mice (Fig. 4). Moreover, STZ-induced
2-2: 고농도 포도당에 의한, 지질 뗏목에서 APP 세포내섭취 증가에 의한 초기 엔도솜 확대의 유도2-2: Induction of early endosomal expansion by increased APP uptake in lipid rafts by high glucose concentration
세포내섭취의 증가, Rab5의 발현 수준의 상향조절 및 Rab5의 활성화와 같은, 많은 요소들이 초기 엔도솜 확대에 기여한다(Nixon, R. A. FASEB J. 31, 2729-2743, 2017). 도 9에 나타난 바와 같이, Rab5 단백질 발현의 증가를 제외하고, 다른 요인들이 초기 엔도솜을 활성화시킬 수 있다. 어떻게 고농도 포도당이 초기 엔도솜 확대를 유도하는지 알아보기 위해, Rab5의 mRNA 발현 및 그 효과기 단백질을 측정하였는데, 이는 Rab5의 활성화와 관계되어 있다. 그러나, 어떠한 유효한 변화도 확인할 수 없었다(도 13). 다음으로, 고농도 포도당이 초기 엔도솜 확대를 야기하는 APP 세포내섭취를 증가시킨다고 가정하였다. 고농도 포도당이 APP 세포내섭취를 증가시킨다는 것을 확인하였다(도 14). 어디에서 APP 세포내섭취가 발생하는지 조사하기 위하여, 고농도 포도당이 지질 뗏목 재조직화를 촉진한다는 이전 연구를 바탕으로(Lee, H. J. et al., Sci. Rep. 6, 36746, 2016), 지질 뗏목에 초점을 맞추었다. 고농도 포도당은 카베올린-1(CAV-1) 및 플로틸린-1(FLOT1)으로 나타낸 바와 같이, APP를 지질 뗏목 부분으로 현저히 이동시킨다(도 15). 게다가, 고농도 포도당 및 MβCD (지질 뗏목 교란물질)로 처리된 세포 내 표면 APP의 발현 수준은 고농도 포도당이 처리된 세포 보다 더 높았다(도 16). 이러한 결과는 고농도 포도당이 지질-뗏목-매개 APP 세포내섭취를 유도한다는 것을 나타낸다. 게다가, MβCD의 전처리는 고농도 포도당-유도 초기 엔도솜 확대를 감소시키는데, 이는 지질 뗏목에서의 APP의 세포내섭취가 초기 엔도솜 확대에 기여한다는 것을 의미한다(도 17). 그 뒤, 고농도 포도당에 의해 유도된 Aβ의 증가를 지질 뗏목 파괴로 차단하였다(도 18). 이러한 결과로 고농도 포도당 조건 하에서 초기 엔도솜 확대가 지질 뗏목에서의 APP 세포내섭취에 의해 매개된다는 것을 알 수 있다.Many factors contribute to early endosomal expansion, such as increased endocytosis, upregulation of the expression level of Rab5 and activation of Rab5 (Nixon, R. A. FASEB J. 31, 2729-2743, 2017). As shown in Figure 9, except for the increase in Rab5 protein expression, other factors may activate the early endosome. To investigate how high glucose concentration induces early endosomal expansion, we measured the mRNA expression of Rab5 and its effector protein, which is related to the activation of Rab5. However, no valid change could be identified ( FIG. 13 ). Next, it was hypothesized that high glucose concentration increases APP endocytosis causing early endosomal expansion. It was confirmed that high concentration of glucose increased APP intracellular uptake (FIG. 14). To investigate where APP endocytosis occurs, based on a previous study that high glucose concentrations promote lipid raft reorganization (Lee, HJ et al., Sci. Rep. 6, 36746, 2016), Focused. High glucose concentrations markedly migrate APP to the lipid raft fraction, as indicated by caveolin-1 (CAV-1) and flotilin-1 (FLOT1) (Fig. 15). Moreover, the expression level of surface APP in cells treated with high glucose and MβCD (lipid raft disruptor) was higher than in cells treated with high glucose ( FIG. 16 ). These results indicate that high glucose concentration induces lipid-raft-mediated APP endocytosis. Moreover, pretreatment with MβCD reduced high-dose glucose-induced early endosomal expansion, suggesting that endocytosis of APP in lipid rafts contributes to early endosomal expansion (Fig. 17). Thereafter, the increase in Aβ induced by high glucose concentration was blocked by disruption of the lipid raft ( FIG. 18 ). These results suggest that the initial endosomal expansion is mediated by APP endocytosis in lipid rafts under high glucose conditions.
2-3: 고농도 포도당-유도 ROS에 의한, Sp1 핵 전좌 촉진에 의한 식작용 단백질의 발현의 증가 2-3: Increase in expression of phagocytic protein by promoting Sp1 nuclear translocation by high concentration of glucose-induced ROS
어떻게 고농도 포도당이 APP 세포내섭취를 촉진하는지 조사하였고, 고농도 포도당이 세포내섭취-관련 단백질을 조절한다고 가정하였다. 고농도 포도당 조건 하에서 병리학적 상황의 주원인이 ROS라는 것에 근거하여(Giacco, F & Brownlee, M. Circ. Res. 107, 1058-1070, 2010), ROS 생성 및 관련 병리학적 메커니즘을 조사하였다. 고농도 포도당은 24시간 후 ROS의 양을 현저히 증가시켰다(도 19). 어떻게 고농도 포도당에 의해 유도된 ROS가 식작용 단백질을 조절하는지 조사하기 위하여, 키나아제 활성화의 변화를 통한 세포 신호전달 및 유전자 발현을 조절하는 ROS의 역하에 초점을 맞추었다(Schieber, M. & Chandel, N. S. Curr. Biol. 24, R453-462, 2014). ROS에 의해 조절된 키나아제 중, Sp1이 식작용 단백질 발현에 연관되어 있다는 것을 발견하였다. 실제로, 고농도 포도당-자극 Sp1 핵 전좌가 N-아세틸시스테인(NAC; ROS 스캐빈져)의 전처리에 의해 차단되었다(도 20). 마찬가지로, Sp1 항체를 이용한 면역세포화학 역시 고농도 포도당 하에서 ROS-의존적 Sp1 핵 전좌를 확인하였다(도 21). 도 22 및 도 23에 나타낸 바와 같이, PICALM, 어댑터-관련 단백질 복합체 2 알파 1(AP2A1), 및 클라트린 중쇄(CHC)의 mRNA 및 단백질 발현 수준이 고농도 포도당에 의해 증가되었으나, 미트라마이신 A(Sp1 저해제)의 전처리에 의해 억제되었다. 게다가, ZLC 쥐에서의 수준과 비교하여, ZDF 쥐는 높은 해마 식작용 단백질 PICALM, AP2A1 및 CHC의 발현 수준을 가지고 있었다(도 24). STZ-처리 생쥐 또한 비히클-처리 생쥐와 비교하여 증가된 해마 PICALM, AP2A1 및 CHC를 가지고 있었다(도 25). 이러한 결과로 고농도 포도당이 ROS-자극 Sp1 활성화에 의한 식작용 단백질의 발현을 상향조절한다는 것을 알 수 있다.How high glucose concentration promotes APP endocytosis was investigated, and it was hypothesized that high glucose concentration regulates cellular uptake-related protein. Based on the fact that ROS is the main cause of pathological conditions under high glucose conditions (Giacco, F & Brownlee, M. Circ. Res. 107, 1058-1070, 2010), ROS generation and related pathological mechanisms were investigated. The high concentration of glucose significantly increased the amount of ROS after 24 hours (FIG. 19). To investigate how high glucose-induced ROS modulates phagocytic proteins, we focused on the role of ROS in regulating cell signaling and gene expression through changes in kinase activation (Schieber, M. & Chandel, N.S.). Curr. Biol. 24, R453-462, 2014). Among the kinases regulated by ROS, Sp1 was found to be involved in phagocytic protein expression. Indeed, high glucose-stimulated Sp1 nuclear translocation was blocked by pretreatment with N-acetylcysteine (NAC; ROS scavenger) (Figure 20). Similarly, immunocytochemistry using Sp1 antibody also confirmed ROS-dependent Sp1 nuclear translocation under high glucose concentration (FIG. 21). As shown in FIGS. 22 and 23 , mRNA and protein expression levels of PICALM, adapter-associated protein complex 2 alpha 1 (AP2A1), and clathrin heavy chain (CHC) were increased by high concentration of glucose, but mithramycin A (Sp1) inhibitor) was inhibited. Moreover, compared to the levels in ZLC mice, ZDF mice had high expression levels of the hippocampal phagocytic proteins PICALM, AP2A1 and CHC ( FIG. 24 ). STZ-treated mice also had increased hippocampal PICALM, AP2A1 and CHC compared to vehicle-treated mice ( FIG. 25 ). These results suggest that high glucose concentration upregulates the expression of phagocytic proteins by ROS-stimulated Sp1 activation.
2-4: PICALM에 의한, Aβ 생성을 상향조절하는, 클라트린-매개 APP 세포내섭취의 조절 2-4: Regulation of clathrin-mediated APP endocytosis, upregulating Aβ production by PICALM
PICALM은 AD 및 DM 모두에 대한 공통된 위험 인자로 간주되며(Vacinova, G. et al., Mol. Biol. Rep. 44, 227-231, 2017; McFall, G.P. et al., Alzheimers Dement (Amst), 1, 395-402, 2015), 클라트린-매개 세포내섭취를 촉진시키는, CHC 및 AP-2 복합체를 채용한다는 것(Xu, W. et al., Mol. Neurobiol. 52, 399-413, 2015)에 근거하여, 고농도 포도당 조건 및 AD 병리 하에서 세포내섭취에 대한 PICALM의 역할을 연구하였다. 우선, PICALM의 세포내 위치화의 변화를 조사하였다. PICALM은 정상 및 고농도 포도당 조건 모두에서 지질 뗏목에 위치하였다(도 26). PICALM의 기능을 설명하기 위해, 기능 상실 실험을 설계하였다. APP, CHC 및 AP2A1 항체를 이용한 면역세포화학 염색을 이용하여, 비-표적 siRNA(NT)로 형질주입된 세포 내에서 고농도 포도당 하 APP의 AP2AP1 및 CHC의 공동-위치화의 수준이 고농도 포도당 처리된 PICALM siRNA 형질주입된 세포 보다 더 높다는 것을 확인하였다(도 27 및 도 28). 게다가, 고농도 포도당은 세포내섭취 동안 PICALM과의 APP 공동-위치화를 유도하였다(도 29). 마찬가지로, 고농도 포도당 하 PICALM siRNA로 형질주입된 세포에서 표면 APP의 발현 수준은 고농도 포도당 처리된 NT siRNA 형질주입된 세포 보다 더 높았다(도 30). 이러한 결과는 고농도 포도당에 의해 상향조절된 PICALM이 클라트린-매개 APP 세포내섭취를 유도한다는 것을 나타낸다. 아울러, 고농도 포도당 처리된 PICALM siRNA로 형질주입된 세포 내 배지 Aβ의 양은 고농도 포도당 처리된 NT siRNA 형질주입된 세포 보다 더 낮았다(도 31). 고농도 포도당에 의해 유도된 클라트린-매개 APP 세포내섭취의 효과를 확인하기 위하여, 디나소어(dynasore, 디나민 저해제)를 사용하였다. 고농도 포도당 및 디나소어 처리된 샘플에서 표면 APP의 발현 수준은 고농도 포도당만 처리된 샘플 보다 더 높았다(도 32). 게다가, 디나소어 처리가 고농도 포도당-유도 초기 엔도솜 확대를 역전시켰는데, 이는 클라트린-매개 APP 세포내섭취가 초기 엔도솜 확대에 기여한다는 것을 의미한다(도 33). 이어서, 고농도 포도당 조건 하 Aβ의 증가를 클라트린-매개 세포내섭취의 억제에 의해 차단하였다(도 34). 이러한 결과는 증가된 PICALM이 클라트린-매개 APP 세포내섭취를 촉진시켜, Aβ 생성을 야기한다는 것을 입증하는 것이다.PICALM is considered a common risk factor for both AD and DM (Vacinova, G. et al., Mol. Biol. Rep. 44, 227-231, 2017; McFall, GP et al., Alzheimers Dement (Amst); 1, 395-402, 2015), which promotes clathrin-mediated endocytosis, employing CHC and AP-2 complexes (Xu, W. et al., Mol. Neurobiol. 52, 399-413, 2015). ), the role of PICALM on endocytosis under high glucose conditions and AD pathology was studied. First, changes in the intracellular localization of PICALM were investigated. PICALM was localized in lipid rafts in both normal and high glucose conditions ( FIG. 26 ). To elucidate the function of PICALM, loss-of-function experiments were designed. Using immunocytochemical staining with APP, CHC and AP2A1 antibodies, the level of co-localization of AP2AP1 and CHC of APP under high glucose in cells transfected with non-target siRNA (NT) was treated with high glucose. It was confirmed that the PICALM siRNA was higher than that of the transfected cells ( FIGS. 27 and 28 ). Moreover, high glucose concentration induced APP co-localization with PICALM during endocytosis ( FIG. 29 ). Likewise, the expression level of surface APP in cells transfected with PICALM siRNA under high glucose concentration was higher than in NT siRNA transfected cells treated with high glucose concentration ( FIG. 30 ). These results indicate that PICALM upregulated by high glucose concentration induces clathrin-mediated APP endocytosis. In addition, the amount of medium Aβ in cells transfected with high glucose-treated PICALM siRNA was lower than in high-concentration glucose-treated NT siRNA-transfected cells ( FIG. 31 ). To confirm the effect of clathrin-mediated APP uptake induced by high glucose concentration, dynasore (dynasore, a dynamin inhibitor) was used. The expression level of surface APP in the high glucose and dynaso-treated samples was higher than in the high glucose-only-treated samples ( FIG. 32 ). Moreover, dynasomal treatment reversed high glucose-induced early endosomal expansion, suggesting that clathrin-mediated APP endocytosis contributes to early endosomal expansion ( FIG. 33 ). The increase in Aβ under high glucose conditions was then blocked by inhibition of clathrin-mediated endocytosis ( FIG. 34 ). These results demonstrate that increased PICALM promotes clathrin-mediated APP endocytosis, resulting in Aβ production.
2-5: AMPK/mTORC1-매개 자가포식 결함에 의한, 고농도 포도당에서 초기 엔도솜 제거의 억제 2-5: Inhibition of early endosomal clearance at high glucose concentration by AMPK/mTORC1-mediated autophagy defect
저하된 이동 경로(degradative trafficking pathway)의 차단 또한 고농도 포도당 조건 하에서 초기 엔도솜 확대를 야기한다고 가정하였다. ZLC 쥐에서의 수준과 비교하여, ZDF 쥐는 해마 P62 및 LC3의 높은 발현 수준을 가지고 있었다(도 35). 게다가, STZ-처리 생쥐는 비히클-처리 생쥐와 비교하여 증가된 P62 및 감소된 LC3Ⅱ/LC3Ι 비를 가지고 있었다(도 36). 시험관내 모델에서, 고농도 포도당은 12시간 후에 LC3Ⅱ/LC3Ι 비를 감소시켰고, P62를 증가시켰다(도 37). L-글루코오스와 비교하여, 오로지 D-글루코오스만이 LC3Ⅱ/LC3Ι 비를 감소시키고 P62를 증가시켰다(도 38). 이는 자가포식 기능 장애가 DM 조건 하에서 유도되었다는 것을 나타낸다. 라파마이신 복합체 1(mTORC1)의 포유류 타겟이 자가포식의 가장 중요한 조절자이므로, 그것이 고농도 포도당 조건 하에서 자가포식의 하향조절에 관련된 인자일 것이라고 가정하였다. 고농도 포도당이 시간 의존적 방식으로 AMP:ADP 비의 증가에 의해 인산화된 트레오닌 172에서 AMPKα 인산화를 하향조절하고, 세린 2448에서 그 하류 분자인, mTORC1을 인산화한다는 것이 입증되었다(도 39). 고농도 포도당에 의해 유도된, 감소된 LC3Ⅱ/LC3Ι 비 및 증가된 P62는 라파마이신(mTOR 저해제)의 전처리에 의해 역전되었다(도 40). 게다가, 고농도 포도당 조건 하에서 리소좀의 LC3과의 공동-위치화의 감소 또한 라파마이신의 전처리로 회복되었다(도 41). mTORC1-매개 자가포식 손상, 및 Rab5 단백질 수준의 증가와 함께 mTORC1에 의해 조절된 S6K1-매개 번역 경로 사이의 관계를 조사하기 위해, PF-4708671(S6K1 저해제) 및 라파마이신을 사용하였다. 고농도 포도당 하에서 증가된 Rab5 단백질 발현 수준은 라파마이신의 전처리로 감소하였으나, PF-4708671의 전처리에 의해서는 감소하지 않았는데, 이는 Rab5의 증가가 결함있는 자가포식에 의존한다는 것을 의미한다(도 42). 실제로, 라마파이신이 고농도 포도당에 의해 유도된 Rab5 신호의 증가를 약화시킨다는 것을 확인하였다(도 43). 아울러, 고농도 포도당 조건 하에서 Aβ의 증가는 라파마이신의 전처리에 의해 차단되었다(도 44). 이러한 결과를 통해 고농도 포도당이 AMPK/mTORC1-매개 자가포식 결함을 통해 초기 엔도솜 제거를 손상시킨다는 것을 밝혀내었다.It was hypothesized that blockade of the degraded trafficking pathway also causes early endosomal expansion under high glucose conditions. Compared to the levels in ZLC mice, ZDF mice had higher expression levels of hippocampal P62 and LC3 ( FIG. 35 ). Moreover, STZ-treated mice had increased P62 and decreased LC3II/LC3I ratio compared to vehicle-treated mice ( FIG. 36 ). In the in vitro model, high glucose concentration decreased the LC3II/LC3I ratio after 12 h and increased P62 ( FIG. 37 ). Compared with L-glucose, only D-glucose decreased the LC3II/LC3I ratio and increased P62 (FIG. 38). This indicates that autophagy dysfunction was induced under DM conditions. Since the mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) is the most important regulator of autophagy, it was hypothesized that it would be a factor involved in the downregulation of autophagy under high glucose conditions. It was demonstrated that high glucose levels downregulate AMPKα phosphorylation at phosphorylated threonine 172 by increasing the AMP:ADP ratio in a time-dependent manner and phosphorylates its downstream molecule, mTORC1, at serine 2448 ( FIG. 39 ). The decreased LC3II/LC3I ratio and increased P62 induced by high glucose concentration were reversed by pretreatment with rapamycin (mTOR inhibitor) ( FIG. 40 ). Moreover, the reduction of co-localization with LC3 of lysosomes under high glucose conditions was also restored by pretreatment with rapamycin ( FIG. 41 ). To investigate the relationship between mTORC1-mediated autophagy impairment, and the S6K1-mediated translation pathway regulated by mTORC1 with increased Rab5 protein levels, PF-4708671 (S6K1 inhibitor) and rapamycin were used. The increased Rab5 protein expression level under high glucose concentration was decreased by pretreatment with rapamycin, but not by pretreatment with PF-4708671, indicating that the increase in Rab5 is dependent on defective autophagy (Fig. 42). Indeed, it was confirmed that ramaphycin attenuated the increase of Rab5 signal induced by high glucose concentration (FIG. 43). In addition, the increase in Aβ under high glucose conditions was blocked by pretreatment with rapamycin (FIG. 44). These results revealed that high glucose concentrations impair early endosomal clearance through AMPK/mTORC1-mediated autophagy defects.
2-6: ROS 및 mTORC1에 의해 유도된 리소좀 기능장애에 의한, 엔도솜 제거의 손상을 통한 Aβ 생성의 상향조절2-6: Upregulation of Aβ production through impairment of endosomal clearance by lysosomal dysfunction induced by ROS and mTORC1
나아가 엔도솜 저하된 이동을 조사하기 위해, Rab5 및 리소좀의 공동-위치화를 시험하였다. 고농도 포도당은 Rab5의 리소좀과의 공동-위치화를 증가시켰다(도 45). 엔도리소좀 융합의 증가의 원인을 확인하기 위해, 엔도리소좀 융합-관련 유전자의 mRNA 발현 수준의 변화에 대한 스크리닝을 수행하였으나, 유효한 것을 발견할 수 없었다(도 46). 따라서, 융합의 증가의 이유가 확대된 엔도솜의 분해를 손상시키는, 리소좀 기능장애라고 가정하였다. 고농도 포도당은 12시간 후에 리소좀트래커의 강도를 감소시켰는데, 이는 36시간째에 최악에 이르렀다(도 47). 해마 리소좀-관련 막 단백질 1(LAMP1)은 대조군과 비교하여, ZDF 쥐 및 STZ-처리 생쥐에서 증가하였다(도 48 및 49). 시험관내 모델에서, LAMP1은 또한 고농도 포도당 조건 하에서 12시간 후에 증가하였다(도 50). DM 조건하에서 리소좀 기능장애를 설명하기 위해, 리소좀 기능장애가 ROS-매개 리소좀 막 투과화(Serrano-Puebia. A. & Boya, P., Ann. N. Y. Acd. Sci. 1371, 30-44, 2016) 및 리소좀 품질 조절의 손상(Papadopoulos. C. & Meyer, H., Curr. Bio. 27, R1330-R1341, 2017)에 의해 야기된다고 기재된 문헌을 참고하였다. NAC 및 라파마이신의 전처리가 고농도 포도당에 의해 증가된 LAMP1 발현 수준을 역전시킨다는 것을 확인하였다(도 51 및 52). 게다가, 고농도 포도당에 의한, 리소좀트래커 및 세포내 pH 지표인 BCECF-AM 모두의 신호의 약화가 각각 NAC 및 라파마이신의 전처리에 의해 회복되었다(도 53 및 54). 초기 엔도솜 분해의 손상에 더하여, Aβ 분해 관련 리소좀 기능장애를 조사하였다. Aβ 분해 리소좀 효소인, 카텝신 B(CTSB)의 리소좀 외 위치가 효소 활성의 손상을 유도하므로, 그것의 세포내 위치의 변화를 조사하였다(Mueller-Steiner, S. et al., Neuron, 51, 703-714, 2006). 리소좀의 CTSB와의 공동-위치화는 고농도 포도당에 의해 감소하였다(도 55). 게다가, 류펩틴(세린 및 티올 단백질분해효소의 저해제)의 전처리는 고농도 포도당에 의해 상향조절된 Aβ의 양을 더욱 증가시켰다(도 56). 이러한 결과로 ROS- 및 mTORC1-매개 리소좀 기능장애가 고농도 포도당 조건 하에서의 엔도솜 제거의 차단 및 Aβ의 증가에 있어서 중요하다는 것을 알 수 있다.To further investigate endosomal degraded migration, the co-localization of Rab5 and lysosomes was tested. High glucose concentration increased the co-localization of Rab5 with lysosomes ( FIG. 45 ). In order to confirm the cause of the increase in endolysosomal fusion, screening was performed for changes in the mRNA expression level of endolysosomal fusion-related genes, but no effective findings were found ( FIG. 46 ). Therefore, it was hypothesized that the reason for the increase in fusion was lysosomal dysfunction, which impairs the degradation of enlarged endosomes. High glucose concentration decreased the intensity of the lysosomal tracker after 12 hours, which reached its worst at 36 hours ( FIG. 47 ). Hippocampal lysosomal-associated membrane protein 1 (LAMP1) was increased in ZDF mice and STZ-treated mice compared to controls ( FIGS. 48 and 49 ). In the in vitro model, LAMP1 was also increased after 12 h under high glucose conditions ( FIG. 50 ). To account for lysosomal dysfunction under DM conditions, lysosomal dysfunction is associated with ROS-mediated lysosomal membrane permeabilization (Serrano-Puebia. A. & Boya, P., Ann. NY Acd. Sci. 1371, 30-44, 2016) and Reference was made to the literature described as being caused by impairment of lysosomal quality control (Papadopoulos. C. & Meyer, H., Curr. Bio. 27, R1330-R1341, 2017). It was confirmed that pretreatment with NAC and rapamycin reversed the LAMP1 expression level increased by high glucose concentration ( FIGS. 51 and 52 ). Furthermore, attenuation of signals of both the lysosomal tracker and intracellular pH indicator BCECF-AM by high concentration of glucose was restored by pretreatment with NAC and rapamycin, respectively ( FIGS. 53 and 54 ). In addition to the impairment of early endosomal degradation, Aβ degradation-related lysosomal dysfunction was investigated. Since the extralysosomal localization of cathepsin B (CTSB), an Aβ-degrading lysosomal enzyme, induces impairment of enzymatic activity, changes in its intracellular localization were investigated (Mueller-Steiner, S. et al., Neuron, 51, 703-714, 2006). Co-localization of lysosomes with CTSB was reduced by high glucose concentration ( FIG. 55 ). Moreover, pretreatment with leupeptin (an inhibitor of serine and thiol protease) further increased the amount of Aβ upregulated by high glucose concentration ( FIG. 56 ). These results suggest that ROS- and mTORC1-mediated lysosomal dysfunction are important in blocking endosomal clearance and increasing Aβ under high glucose conditions.
2-7: STZ-유도 DM 생쥐 모델에서, 디나소어 및 라파마이신에 의해 회복된, 초기 엔도솜의 확대, Aβ 증가 및 인지 장애 2-7: Expansion of early endosomes, increase in Aβ and cognitive impairment, restored by dynaso and rapamycin in STZ-induced DM mouse model
STZ-처리 생쥐에서 인지 장애의 특징적 단백질 및 그 임상적 증상의 변화를 조사하였다. 조직학적 데이터에서, STZ-처리 생쥐의 해마 초기 엔도솜의 신호 강도 및 크기가 비히클-처리 생쥐 및 STZ + 디나소어-처리 생쥐 보다 더 컸다(도 57). 확대된 초기 엔도솜과 함께, STZ는 해마 Aβ 수준을 증가시켰는데, 이는 디나소어 처리에 의해 억제되었다(도 58). 게다가, Y-미로 결과는 STZ-처리 생쥐가 인지 장애를 나타내는 반면, 디나소어 처리와 함께 STZ-처리된 생쥐는 인지의 회복을 나타낸다는 것을 나타내었다(도 59). 한편, STZ-처리 생쥐에서, 세린 2448에서 mTORC1의 인산화가 증가되었는데, 이는 라파마이신의 처리에 의해 하향조절되었다(도 60). 조직학적 데이터에서, STZ-처리 생쥐의 해마 초기 엔도솜의 신호 강도 및 크기는 비히클-처리 생쥐 및 STZ + 라파마이신-처리 생쥐 보다 더 컸다(도 61). STZ-처리 생쥐 내 해마 Rab5의 증가된 단백질 발현 수준은 STZ + 라파마이신-처리 생쥐에서 역전되었다(도 62). 아울러, STZ는 해마 Aβ 수준을 증가시키고, 인지 장애를 유도하였는데, 이는 라파마이신 처리에 의해 회복되었다(도 63 및 64). 이러한 결과는 DM이 세포내섭취- 및 자가포식-매개 초기 엔도솜 조절장애를 통해 인지 장애 및 Aβ 증가를 유도한다는 것을 입증하는 것이다.Changes in proteins characteristic of cognitive impairment and their clinical symptoms were investigated in STZ-treated mice. In histological data, the signal intensity and magnitude of the hippocampal early endosomes of STZ-treated mice were greater than that of vehicle-treated mice and STZ + dynasore-treated mice ( FIG. 57 ). Together with enlarged early endosomes, STZ increased hippocampal Aβ levels, which were inhibited by dynasomal treatment ( FIG. 58 ). Furthermore, the Y-maze results indicated that STZ-treated mice exhibited cognitive impairment, whereas STZ-treated mice with dynaso treatment exhibited restoration of cognition ( FIG. 59 ). On the other hand, in STZ-treated mice, phosphorylation of mTORC1 at
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above in detail a specific part of the content of the present invention, for those of ordinary skill in the art, this specific description is only a preferred embodiment, and it is clear that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, it is intended that the substantial scope of the present invention be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (12)
A method of inhibiting mTOR-mediated early endosomal dysfunction and the production of amyloid beta due to high glucose concentration by treating isolated brain neurons cultured in a high glucose environment in vitro with rapamycin.
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KR1020190090297A KR102379145B1 (en) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Composition for prevention, improvement or treatment of diabetes-mediated neurodegenerative diseases comprising a PICALM inhibitor and an mTORC1 inhibitor |
Country Status (1)
Country | Link |
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KR (1) | KR102379145B1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019078452A1 (en) | 2017-10-19 | 2019-04-25 | 가톨릭대학교 산학협력단 | Composition for preventing or treating tnf-related diseases, containing novel derivative as active ingredient, and method for inhibiting tnf activity by using same |
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2019
- 2019-07-25 KR KR1020190090297A patent/KR102379145B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019078452A1 (en) | 2017-10-19 | 2019-04-25 | 가톨릭대학교 산학협력단 | Composition for preventing or treating tnf-related diseases, containing novel derivative as active ingredient, and method for inhibiting tnf activity by using same |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Curr Top Med Chem.* |
J Pharmacol Sci 122, 251 - 256, (2013)* |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20210013444A (en) | 2021-02-04 |
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