KR20170001912A - Nmdar 과잉형 정신질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물 - Google Patents

Nmdar 과잉형 정신질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물 Download PDF

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KR20170001912A
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최수연
정우석
이은이
박하람
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기초과학연구원
한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 NMDAR 저해제를 포함하는, NMDAR 과잉형 정신질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물에 대한 것이다.

Description

NMDAR 과잉형 정신질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물{PHARMACEUTICAL COMPOSITION FOR PREVENTION AND TREATMENT OF MENTAL DISEASE WITH ENHANCED NMDAR FUNCTION}
본 발명은 NMDAR 과잉형 정신질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물에 대한 것이다.
자폐증(Autism Spectrum Disorder), 조현병 또는 정신분열증(Schizophrenia), 주의력결핍과행동장애(ADHD)와 같은 주요 정신질환 환자들에게서 가장 특징적으로 나타나는 증상은 다른 사람에게 관심을 가지고 대화하며 상호작용을 하기 위한 사회성이 심각하게 떨어진다는 것이다. 그러므로 이들 정신질환 환자들의 사회성을 개선하기 위한 약물들이 연구되어 왔다(한국공개특허 10- 2014-0132493(2014.11.18)).
그러나 자폐증, 조현병, 정신분열증, 주의력결핍과 행동장애 등은 그 원인이 완전히 밝혀지지 않았고, 그 증상 및 양상도 환자마다 차이가 많이 나서, 특정 환자의 사회성 결여를 개선하는 약물이라도 다른 환자들에게 효과가 나타나지 않는 경우가 많다.
이에 본 발명자들은 사회성 결여의 원인들을 연구하던 중 NMDAR 과잉형 정신질환의 경우 NMDAR 억제제를 투여함으로써 사회성을 개선할 수 있는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 NMDAR 과잉형 정신질환 환자에 있어서, 사회성 개선용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여
본 발명은
NMDAR 저해제를 포함하는,
NMDAR 과잉형 정신질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
본 발명은 NMDAR 과잉형 정신질환 환자에 있어서, 사회성을 개선시킨다.
도 1은 세방 사회성 실험에 사용되는 행동실험상자를 나타낸다.
도 2는 야생형 생쥐 및 IRSp53 결손 생쥐의 실험 결과를 나타낸다.
도 3 및 도 4는 IRSp53 결손 생쥐에게 메만틴 및 MPEP를 각각 처리 시 생쥐의 사회성 변화를 나타낸다.
도 5는 IRSp53 결손 생쥐에게 메만틴 및 MPEP를 각각 처리 시 NMDAR 활성의 변화를 나타낸다.
도 6은 IRSp53 결손 생쥐의 내측 전전두엽 피질의 시냅스 구조적, 기능적 분석 결과이다.
도 7은 IRSp53 결손 생쥐에게 메만틴을 투여 시 내측 전전두엽 피질의 신경세포 활성의 변화를 나타낸다.
본 발명은
NMDAR 저해제를 포함하는,
NMDAR 과잉형 정신질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물에 대한 것이다.
또한 본 발명은
NMDAR 저해제를 포함하는,
NMDAR 과잉형 정신질환 환자의 사회성 개선용 약학적 조성물에 대한 것이다.
이하, 본 발명을 자세히 설명한다.
NMDAR
NMDA 수용체(N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor, NMDAR)은 흥분성 시냅스의 주요 신경전달물질의 하나인 글루탐산(glutamate)의 특이적 수용체이다.
NMDAR 저해제
NMDAR 저해제는 NMDAR의 기능을 억제하는 약물을 가리킨다. 상기 상기 NMDAR 저해제는 메만틴(memantine). 엠팹(MPEP), MK-801 (Dizocilpine) 또는 AP5일 수 있다. 상기 MK-801은 NMDAR의 비경쟁적 저해제로 이온결합부위에 붙어 수용체 기능을 저해하며, AP5는 NMDAR의 선택적 저해제로 glutamate 결합부위에 붙는다.
NMDAR 과잉형 정신질환
본 발명에서, “NMDAR 과잉”이란 NMDAR의 기능이 정상인보다 과잉된 것을 가리킨다. 이는 NMDAR의 발현 과잉, 단백질 기능 과잉 등의 원인이 있을 수 있다. 상기 NMDAR 과잉형 정신질환은 IRSp53 유전자의 손상을 수반한다. 이 때, IRSp53 유전자의 손상이란, IRSp53 유전자의 발현 억제, 발현 불능, 돌연변이 등으로 인하여, 정상적인 수준의 유전자 발현이 어려운 것을 가리킨다.
본 발명의 NMDAR 과잉형 정신질환은 사회성 결여 증상을 갖는다. 상기 사회성 결여란 자폐 등과 같은 정신질환에서 일반적으로 사용되는 사회성 결여를 의미한다. 즉, 상기 사회성 결여는 사회적 상호작용 및 사회적 의사소통의 결여를 포함하며, 이로써 사회적 대인관계에 곤란이 있는 것을 가리킨다. 또한 상기 NMDAR 과잉형 정신질환은 자폐증(autism), 조현병(schizophrenia) 및 주의력결핍 과잉행동장애(ADHD)로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나이다
NMDAR 과잉형 정신질환 환자
본 발명의 NMDAR 과잉형 정신질환 환자는 상기 NMDAR 과잉형 정신질환의 진단을 받은 환자를 가리킨다. 즉, 자폐증, 조현병, ADHD 등의 정신질환 환자들 중 NMDAR 기능이 과잉된 환자들이다.
약학적 조성물
본 발명의 약학적 조성물은 NMDAR 저해제를 포함하는 약학적 조성물이다. 상기 약학적 조성물은 NMDAR 과잉형 정신질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물 또는 NMDAR 과잉형 정신질환 환자의 사회성 개선용 약학적 조성물이다.
본 발명의 약학적 조성물은 사회성 결여 증상이 있는 자폐증, 조현병, 주의력결핍과잉행동장애 등의 환자들 중 NMDAR이 과잉인 환자들을 대상으로 한다. 또한 본 발명의 조성물은 사회성 결여 증상이 있는 자폐증, 조현병, 주의력결핍과잉행동장애 등의 질환들 중 NMDAR 과잉이 수반되는 질환을 대상으로 한다.
본 발명의 약학적 조성물은 조성물 100 중량부에 대하여 NMDAR 억제제를 0.01 내지 99.99 중량부 포함할 수 있으며, 바람직하게는 60 내지 98 중량부 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는 본 발명의 약학적 조성물은 조성물 100 중량부에 대하여 NMDAR 억제제를 90 내지 95 중량부 포함할 수 있다. 그러나 이는 투약자의 필요에 따라 증감할 수 있으며, 식생활, 영양 상태, 병의 진행 정도, 사회성 결여의 정도 등 상황에 따라 적절히 증감할 수 있다. 또한 본 발명의 약학적 조성물은 NMDAR 억제제를 약학적으로 허용되는 담체와 함께 적합한 형태로 제형화 될 수 있다. ‘약학적으로 허용되는’이란 생리학적으로 허용되고 인간에게 투여될 때, 통상적으로 위장장애, 현기증 등과 같은 알레르기 반응 또는 이와 유사한 반응을 일으키지 않는 조성물을 말한다.
본 발명의 약학적 조성물은 경구 또는 비경구로 투여가 가능하며 일반적인 의약품 제제의 형태로 사용될 수 있다. 바람직한 약제학적 제제는 정제, 경질 또는 연질 캅셀제, 액제, 현탁제 등과 같은 경구투여용 제제가 있으며 이들 약제학적 제제는 약제학적으로 허용 가능한 통상의 담체, 예를 들어 경구투여용 제제의 경우에는 부형제, 결합제, 붕해제, 활택제, 가용화제, 현탁화제, 보존제 또는 증량제 등을 사용하여 조제할 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물의 투여 용량은, 환자의 상태, 연령, 성별 및 합병증 등의 다양한 요인에 따라 전문가에 의해 결정될 수 있지만 일반적으로는 성인 1kg 당 0.1㎎ 내지 10g, 바람직하게는 10 mg 내지 5g의 용량으로 투여될 수 있다. 또, 단위 제형당 상기 약학적 조성물의 1일 용량 또는 이의 1/2, 1/3 또는 1/4의 용량이 함유되도록 하며, 하루 1 내지 6 회 투여될 수 있다. 그러나 건강 및 위생을 목적으로 하거나 또는 건강 조절을 목적으로 하는 장기간의 섭취의 경우에는 상기 양은 상기 범위 이하일 수 있으며, 유효성분은 안전성 면에서 아무런 문제가 없기 때문에 상기 범위 이상의 양으로도 사용될 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
<재료 및 방법>
본 발명의 실험 동물로는 C57BL/6J종으로 교배한 야생형생쥐 및 IRSp53 결손생쥐를 사용하였다. 상기 생쥐들은 생후 2달에서 4개월 사이의 연령이었다. 또한 본 발명에서는 오전7시-오후7시 사이에 불이 켜진 시간대에 온도 20-22도, 습도 30-40%로 유지된 상태에서 모든 실험을 수행하였다.
IRSp53 결손생쥐는 Kim, M. H. et al.(Enhanced NMDA Receptor-Mediated Synaptic Transmission, Enhanced Long-Term Potentiation, and Impaired Learning and Memory in Mice Lacking IRSp53. J Neurosci 29, 1586-1595, doi:Doi 10.1523/Jneurosci.4306-08.2009)에 기재된 방법으로 만들어 실험에 사용하였다. 즉, IRSp53 유전자(NCBI 번호: NM_001037755) 중 실제 단백질을 발현하는 유전자 서열을 암호화하는 구역인 엑손(Exon) 3번과 엑손 4번 사이에 특별한 유전자 올가미 카세트(gene trap cassette)를 삽입해서 원래 서열에 임의로 다른 서열이 들어가서 전체적으로 서열이 바뀌어 정상적으로 유전자 발현이 되지 않아 결과적으로 IRSp53 유전자 발현을 억제하도록 하였다.
NMDAR 저해제인 메만틴과 mGluR 저해제로서, 간접적으로 NMDAR을 저해하는 MPEP은 생리식염수에 용해시켜 사용하였다. 메만틴은 단위 중량당 10mg (10mg/kg)의 농도로, MPEP은 단위 중량당 30mg (30mg/kg)의 농도로 사용했고, 모든 실험 30분 전에 복강내주사로 약물을 실험 생쥐에 투여했다.
<실험예 1>
NMDAR이 과활성화된 생쥐의 사회성에 대하여 시험하였다. 이는 생쥐의 사회성을 확인하는 행동 실험 중 가장 널리 사용되는 세방 사회성 실험(3-chamber sociability test)과 직접적인 상호작용(Direct interaction test)을 이용하였다. 세방 사회성 실험은 세 칸으로 분리된 행동실험상자을 이용하여 수행된다. 도 1은 본 발명에서 세방 사회성 실험을 위해 사용한 실험 상자의 도면을 나타낸다. 도 1A는 상자 바닥을 기준으로, 도 1B는 가로 측면, 도 1C는 세로 측면의 치수를 나타내고, 위는 그대로 노출된 상태로 카메라로 실험을 촬영할 수 있도록 제작하여 사용하였다(도 1). 기본적인 세방 상회성 실험은 한쪽에는 생쥐(Stranger)를 다른 한쪽에는 냄새가 없는 물체(Object, 작은 장난감 블록)를 두고 정상 생쥐(WT)와 결손 생쥐를 가운데 칸에 넣어서 생쥐가 있는 칸으로 가서 얼마나 다른 생쥐에 관심을 가지고 탐색하며 시간을 보내는지 확인하는 것이다.
본 발명의 경우 구체적인 시험 방법은 하기와 같다. 먼저, 야생형 생쥐 및 IRSp53 결손 생쥐를 준비하였다. 그리고 시험 10분 전, 실험을 할 방음 부스 안에 실험할 생쥐가 든 우리를 넣었다. 10분 후, 양쪽 내벽의 구멍을 막고 가운데 구역에 생쥐를 투입하였다. 다시 10분 뒤, 구멍을 열고 생쥐가 세 구역을 10분간 자유롭게 돌아다닐 수 있게 하였다. 그 후, 옆면에 구멍이 뚫린 원형 플라스틱 컵에 다른 생쥐(Stranger 1)를 넣고 양쪽 구역 중 한 쪽의 구석에 컵을 뒤집어 놓았다. 반대쪽 구역에는 삼각뿔 등의 물체를 넣은 같은 플라스틱 컵을 뒤집어 넣었다. 이후 10분간 실험 대상인 생쥐가 자유롭게 돌아다니도록 하였다.
마지막으로, 물체가 있던 컵에서 물체를 치우고 새로운 생쥐(Stranger 2)를 집어넣은 후, 10분간 실험 대상인 생쥐가 자유롭게 돌아다니도록 하였다.
이 때, 상기 stranger 1 및 2으로는 정상적인 발육과 사회성을 수행할 수 있는 야생형 생쥐를 사용함으로써, 오롯이 피실험대상이 되는 야생형 생쥐와 IRSp53 유전자 결손 생쥐의 사회성만을 비교할 수 있도록 실험을 설계하여 진행하였다.
실험 결과를 얻기 위한 분석 방법은 다음과 같다.
Stranger 1과 물체를 놓고 실험한 10분 동안 실험 대상 생쥐가 양쪽 구역에 머문 시간을 측정하였다. 또, 실제 생쥐가 stranger 1이나 물체를 탐색한 시간을 측정하기 위해 플라스틱 컵에서 2cm 떨어진 가상의 선 안쪽으로 코를 집어넣는 시간을 측정하였다. 이러한 수치를 바탕으로 사회성을 나타내는 선호 지표(Preference index)라는 지표를 도출할 수 있다. 선호 지표(Preference index)의 계산 공식은 하기 <식 1> 내지 <식 3>과 같다.
또한, Stranger 1과 Stranger 2로 이루어진 10분간의 실험에서도 같은 분석을 적용하였다.
<식 1>
선호 지표(%) = {(Stranger 1 구역에 머문 시간 - 물체 구역에 머문 시간) / (Stranger 1 구역에 머문 시간 + 물체 구역에 머문 시간)}X100
<식 2>
선호 지표(%) = {(Stranger 1이 있는 컵 쪽 가상 선에 코를 집어 넣은 시간 - 물체가 있는 컵 쪽 가상 선에 코를 집어 넣은 시간) / (Stranger 1이 있는 컵 쪽 가상 선에 코를 집어 넣은 시간 + 물체가 있는 컵 쪽 가상 선에 코를 집어 넣은 시간)}X100
<식 3>
선호 지표(%) = {(Stranger 1 구역에 머문 시간 - Stranger 2 구역에 머문 시간) / (Stranger 1 구역에 머문 시간 + Stranger 2 구역에 머문 시간)}X100
그 결과, IRSp53 결손 생쥐는 정상 생쥐보다 생쥐가 있는 방에 가서 보내는 시간이 현저히 적고 직접 코를 대고 냄새를 맡는 행동 역시 감소하였다. 또한 코와 코가 맞닿아 냄새를 맡는 직접적인 행동과 서로를 따라다니는 행동을 보이는 시간을 측정했는데 정상생쥐와 비교했을 때 결손생쥐를 상호작용하는 행동을 매우 적게 보였다. 따라서 IRSp53 결손 생쥐에서는 사회성이 심각하게 결여되어 있음을 알 수 있었다.
IRSp53 결손(KO) 생쥐는 일반 생쥐에 비해 물체에 대한 stranger 1의 선호도가 낮게 나타났다. 이는 IRSp53 결손 생쥐의 사회성이 낮다는 것을 의미한다. 한편 stranger 1과 stranger 2가 있는 실험에서는 IRSp53 결손(KO) 생쥐와 일반 생쥐는 별다른 차이를 보이지 않는데, 이는 IRSp53 결손 생쥐가 다른 생쥐간의 구분에는 별 문제가 없다는 것을 의미한다. (도 2, WT: 야생형 생쥐, KO: IRSp53 결손 생쥐, S: Stranger, S1: Stranger 1, S2: Stranger 2)
<실험예 2>
상기 실험예 1의 세방 사회성 실험 결과, IRSp53 결손 생쥐는 사회성에 문제가 있는 것으로 확인되었다. 그러므로 본 실험예 2에서는 IRSp53 결손 생쥐에서 NMDAR의 기능을 억제시켰을 때 사회성 흠결이 회복되는지 여부를 평가하였다. 상기 사회성 회복 실험은 하기와 같이 수행하였다.
세방 사회성 실험을 수행하기 30분 전 메만틴 및 MPEP을 복강주사하고 사회성을 확인하였다. 참고로, 상기 메만틴은 NMDAR의 직접적인 저해제이다. 또한 MPEP는 mGluR 저해제로, MPEP는 glutamate 수용체인 mGluR을 통하여 NMDAR을 간접적으로 조절 유도한다. 본 실험에서는 메만틴은 10mg/kg의 농도로 사용하였으며, MPEP은 30mg/kg의 농도로 사용하였다. 아울러, 사용한 약물의 효과에서 복강주사 행위 자체로 인한 영향을 배제하기 위하여 대조군으로서 생리식염수를 상기 약물(즉 메만틴 및 MPEP)과 같은 용량으로 생쥐들에 복강주사하여 대조군으로서 세방 사회성 실험을 수행하였다.
그 결과, 생리식염수를 주입한 야생형 생쥐는 정상적인 쥐 선호도를 보였으며, IRSp53 결손 생쥐에 생리식염수를 주입한 경우에는 쥐 선호도가 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 메만틴 및 MPEP을 각각 주입한 IRSp53 결손 생쥐는 야생형 생쥐 수준으로 쥐 선호도가 개선되고 사회성이 회복되는 것이 관찰되었다. 그러므로 IRSp53 결손 생쥐에서 나타났던 사회성 결핍 증상이 메만틴 및 MPEP을 주입함으로써 정상 생쥐의 행동처럼 회복되는 것으로 확인되었다. 두 가지 약물 모두 회복 효과가 좋았고, 부작용으로 과한 진정작용은 없었다(도 3 및 도 4, 도 3은 세방 사회성 실험 상자 안에서 쥐의 움직임을 열감지 신호로 바꿔 나타낸 것이고 도 4는 실제 생쥐가 상자에 머문 시간과 생쥐를 탐색한 시간을 그래프로 정리한 것이다).
<실험예 3> IRSp53 결손 생쥐의 신경 세포의 NMDAR 특성의 전기생리학적 측정
메만틴 및 MPEP가 IRSp53 결손 생쥐의 해마에서 나타났던 NMDAR 기능의 비정상적인 증가를 정상범위로 돌아오게 하는지 보기 위해 전기생리학 실험으로 NMDAR을 통한 시냅스의 전기신호흐름을 측정하였다.
<3-1>
신경세포에 전기적 자극을 주고 NMDAR을 활성화시켰을 때 활성화된 정도에 따라 NMDAR을 통해 신경세포 외부에서 내부로 전해지는 이온이 있고 세포 내외부의 이온 농도 차에 의해 세포 내부의 다양한 단백질이 함께 활성화되면서 결과적으로 자극에 대한 신경 세포의 전기적 반응이 나타나게 된다. 이러한 반응이 30분 이상 지속이 되는 상태를 장기 강화 및 억압 (Long-term potentiataion (LTP) and Long-term depression (LTD))라고 말하는데, NMDAR을 강하게 활성화시키면 장기 강화, LTP를 유도할 수 있고, 약하게 활성화 시켜주면 장기 약화, LTD를 유도할 수 있다.
본 실험에서는 상기 장기 강화 및 억압 실험을 수행하였다. 먼저, IRSp53이 결손된 생쥐의 신경 세포에서 NMDAR 특성을 전기생리학적으로 측정하였다. 상기 측정은 Kim M H et al.의 논문(Kim, M. H. et al. Enhanced NMDA Receptor-Mediated Synaptic Transmission, Enhanced Long-Term Potentiation, and Impaired Learning and Memory in Mice Lacking IRSp53. J Neurosci 29, 1586-1595, doi:Doi 10.1523/Jneurosci.4306-08.2009 (2009))에 기재된 방법으로 실험하여 수행하였다. 전기생리학 측정을 위해서 쓰인 장비는 Molecular Devices사의 MultiClamp 700B amplifier와 Axopatch 200B이며, 같은 회사의 Clampex 9.2와 Clampfit 9 소프트웨어를 사용하였다. 실험 도중 Olympus사의 BX50WI 현미경을 이용하였다.
본 실험에서는, 우선 모든 전기생리학 실험을 위해 일반 생쥐와 IRSp53 결손 생쥐의 뇌에서 뇌 절편을 만들었다. 이 절편을 만드는 데는 Leica사의 VT1200S 모델 vibratome을 이용하였다. 장기 강화 및 억압 실험은 태어난 지 21일에서 28일 된 생쥐를, 그 외의 다른 전기 생리학 실험들은 14일에서 21일 된 생쥐를 이용하였다. 생쥐의 해마 부위를 포함한 뇌 절편은 300-400μm 두께로 만들어졌다. 절편을 자르는 동안 생쥐의 뇌는 차가운 dissection buffer에 담겨 있었다. 상기 dissection buffer의 조성은 다음과 같다: 212mM sucrose, 25mM NaHCO3, 5mM KCl, 1.25mM NaH2PO4, 10mM D-glucose, 2mM sodium pyruvate, 1.2mM sodium ascorbate, 3.5mM MgCl2, 0.5mM CaCl2. 또한 dissection buffer는 95% O2/5% CO2 가스로 포화되었다. 잘린 절편은 32℃의 인공 뇌척수액에 잠겨 회복된 후 실온으로 옮겨졌다. 뇌척수액의 조성은 다음과 같다: 125mM NaCl, 25mM NaHCO3, 2.5mM KCl, 1.25mM NaH2PO4, 10mM D-glucose, 1.3mM MgCl2, 2.5mM CaCl2.
NMDAR을 약하게 자극시켜주고 반응이 나타날 때 30분 이상 지속이 되는 상황을 NMDAR-LTD라고 하는데, 본 실험에서는 IRSp53 결손 생쥐에서는 NMDAR의 기능이 과잉되어 있어 야생형 생쥐와 같은 자극을 주었을 때 원래 나타나야 하는 반응의 정도보다 감소된 NMDAR-LTD 반응이 유도됨을 확인할 수 있었다. IRSp53 결손 생쥐는 일반 생쥐에 비해 약한 NMDAR-LTD를 보이며, 메만틴(memantine) 처리를 통해 회복되는 것을 알 수 있었다(도 5 A 내지 C, WT: 야생형 생쥐, KO: IRSp53 결손 생쥐). 이는 IRSp53 결손 생쥐가 신경 세포 표면의 NMDA 수용체를 제거하는 데 문제가 있고, 때문에 과다한 NMDA 수용체가 표면에 존재할 가능성을 시사한다.
<3-2>
신경세포의 NMDAR가 활성화되는 특정 막전위 상태를 유지했을 때 일어나는 반응성을 다른 Glutamate 수용체인 AMPAR (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor)의 반응성과 비교해서 NMDAR의 활성 정도를 알 수 있는 NMDA/AMRA 비율을 평가하였다.
그 결과, 야생형 생쥐에 비해 IRSp53 결손 생쥐의 경우, NMDAR의 활성이 과해서 NMDA/AMPA 비율이 증가된 것이 확인되었다. 이러한 IRSp53 결손 생쥐에 MPEP를 처리하자, NMDA/AMPA 비율이 야생형 생쥐의 수준으로 회복되는 것으로 나타났다(도 5 D 및 E, WT: 야생형 생쥐, KO: IRSp53 결손 생쥐). 이러한 결과는 메만틴을 사용한 <3-1>과도 일치하는 것이다.
<실험예 4>
IRSp53는 흥분성 후시냅스(excitatory postsynapse)에 다섯 번째로 많이 존재하는 단백질로, 신경전달물질 수용체 및 신호전달 단백질과 직간접적으로 상호작용하는 핵심단백질(scaffolding protein)이다. IRSp53는 BAIAP2로도 알려져 있다. IRSp53는 흥분성 시냅스에서 매우 많은 양이 존재하고 특히 시냅스 구조를 유지하는데 필요한 액틴세포골격을 이루는 많은 단백질과 직접 연결되어 있다.
야생형 생쥐와 IRSp53 결손 생쥐 각각에서 해마가 포함된 뇌절편을 준비하고 전기생리학 장비를 이용해 각 신경세포에 직접 NMDAR을 특이적으로 자극하는 반응을 유도하였다.
그 결과, 야생형 생쥐에서는 정상적으로 NMDAR의 기능이 활성화되어 반응이 나타나는 반면, IRSp53 결손 생쥐에서는 야생형 생쥐의 NMDAR 반응보다 약 20% 더 증가된 반응이 나타나는 것이 확인되었다(도 5 E, WT-Saline / KO-Saline NMDA/AMPA ratio의 비교). 그러므로 IRSp53 결손 생쥐에서는 NMDAR의 기능이 비정상적으로 증가되는 것을 확인하였다.
<실험예 5>
<5-1>
일반적으로 사회성을 담당하는 뇌 영역으로 내측 전전두엽 피질(medial prefrontal cortex, mPFC)이 중요하다고 알려져 있다. 야생형 생쥐와 IRSp53 결손 생쥐의 내측 전전두엽 피질의 신경세포에 형광을 내는 화학품을 채우고 형광현미경으로 신경세포의 구조 및 형상을 관찰하였다.
신경세포의 구조에서 뇌에서 자극과 정보를 전달받는 역할을 하는 수상돌기(dendrite)의 구조를 비교한 결과, 야생형 생쥐에 비해 IRSp53 결손 생쥐는 수상돌기 발달이 떨어지는 것이 확인되었다(도 6 A, B 및 C). 한편, 전기생리학 실험으로 신경세포 수상돌기의 돌출구조 (dendritic spine)를 관찰한 결과, IRSp53 결손 생쥐는 신경세포 수상돌기의 돌출구조의 발달이 떨어지는 것을 확인하였다(도 6 D 내지 F). 또한 신경세포에 어떠한 자극을 주지 않고 자발적인 glutamate의 분비에 의해 나타나는 전기반응을 측정하면 glutamate에 반응하는 돌출구조의 수를 유추할 수가 있는데, 이러한 결과를 바탕으로 실제 전자현미경을 통해 내측 전전두엽 피질의 신경세포 수상돌기 돌출구조를 관찰한 결과, 돌출구조의 숫자가 IRSp53 결손 생쥐에서 감소되어 있는 것을 알 수 있었다. (도 6 G, H, I, J 및 K)
그러므로 IRSp53 결손 생쥐의 경우 흥분성 시냅스 구조가 손상되어있고, 시냅스 전기적 신호와 신경세포 활성이 비정상적임을 확인되었다.
<5-2>
IRSp53 결손 생쥐에 메만틴을 투여하고, 내측 전전두엽 피질의 시냅스 구조적, 기능적 분석을 하였다. 본 실험에서는 뇌 절편을 만들지 않고 생쥐에 Urethane이라는 마취제 (1.5g/kg)를 사용해 마취 상태의 생쥐에서 신경회로가 그대로 유지되는 상황에서 전기생리학 실험을 하고 신경세포의 전기신호와 활성을 확인하였다.
구체적으로, 본 실험에서는 생쥐들을 마취하고 전기 신호 측정 유리 전극을 내측 전전두엽 피질과 해마에 꽂아 측정을 하였다. 도 7 A 및 I는 각 전극이 삽입된 위치를 보여준다. 야생형 생쥐와 IRSp53 결손 생쥐의 내측 전전두엽 피질의 신경세포활성을 비교한 결과, IRSp53 결손 생쥐에서 내측 전전두엽 피질의 신경세포 활성이 감소한 것이 확인되었다. 특히 IRSp53 결손 생쥐에서 흥분성 신경세포에 특이적인 신경세포의 활성이 떨어지는 것이 관찰되었다(도 7 B, C 및 D).
IRSp53 결손 생쥐에 메만틴을 복강주사(10mg/kg)하고 30분 후에는 신경세포들의 활성을 유도할 수 있는데 IRSp53 결손생쥐에서 약물에 대한 반응성이 크고 약물 효과가 제대로 나타난 것이 확인되었다(도 7 F, G, H).
한편, 해마의 경우 야생형 생쥐와 IRSp53 결손 생쥐에 메만틴을 주입하고 신경세포 활성 변화를 본 결과, 야생형 생쥐보다 IRSp53 결손 생쥐에서 활성이 더 크고 효과가 잘 나타나는 것이 확인되었다(도 7 J, K, L)
그러므로 IRSp53 결손 생쥐에 메만틴을 처리 시, 내측 전전두엽 피질의 신경세포 활성이 정상범위로 회복되는 것이 확인되었다(도 7).

Claims (10)

  1. NMDAR 저해제를 포함하는,
    NMDAR 과잉형 정신질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 NMDAR 과잉형 정신질환은 사회성 결여 증상을 갖는 것을 특징으로 하는 NMDAR 과잉형 정신질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 NMDAR 과잉형 정신질환은 IRSp53 유전자의 손상을 수반하는 것을 특징으로 하는 NMDAR 과잉형 정신질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 NMDAR 과잉형 정신질환은 자폐증(autism), 조현병(schizophrenia) 및 주의력결핍 과잉행동장애(ADHD)로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 NMDAR 과잉형 정신질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 NMDAR 저해제는 메만틴(memantine), 엠팹(MPEP), MK-801 또는 AP5 인 것을 특징으로 하는 NMDAR 과잉형 정신질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 사회성 결여 증상은 사회적 상호작용 및 사회적 의사소통의 결여를 포함하는 것을 특징으로 하는 NMDAR 과잉형 정신질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물.
  7. NMDAR 저해제를 포함하는,
    NMDAR 과잉형 정신질환 환자의 사회성 개선용 약학적 조성물.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 NMDAR 과잉형 정신질환은 IRSp53 유전자의 손상을 수반하는 것을 특징으로 하는 NMDAR 과잉형 정신질환자의 사회성 개선용 약학적 조성물.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 NMDAR 과잉형 정신질환은 자폐증(autism), 조현병(schizophrenia) 및 주의력결핍 과잉행동장애(ADHD)로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 NMDAR 과잉형 정신질환자의 사회성 개선용 약학적 조성물.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 NMDAR 저해제는 메만틴(memantine), 엠팹(MPEP) , MK-801 또는 AP5 인 것을 특징으로 하는 NMDAR 과잉형 정신질환자의 사회성 개선용 약학적 조성물.
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