KR20170115468A - Method for diagnosis or prognosis of neurodegenerative diseases - Google Patents

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Abstract

nNOS(neuronal nitric oxide synthase)의 세린(serine) 293번 잔기의 인산화 여부를 검지하여 퇴행성 뇌질환을 진단 또는 예측하는 방법과, nNOS(neuronal nitric oxide synthase)의 세린(serine) 293번 잔기를 인산화하는 CDK5(cyclin-dependent kinase 5) 저해물질을 유효성분으로 함유하는 퇴행성 뇌질환 예방 또는 치료용 약학 조성물이 개시된다.A method of diagnosing or predicting a degenerative brain disease by detecting the phosphorylation of serine 293 residue of nNOS (neuronal nitric oxide synthase), and a method of diagnosing or predicting degenerative brain disease by phosphorylating serine 293 residue of nNOS (neuronal nitric oxide synthase) Disclosed is a pharmaceutical composition for preventing or treating a degenerative brain disease comprising a CDK5 (cyclin-dependent kinase 5) inhibitor as an active ingredient.

Description

퇴행성 뇌질환을 진단 또는 예측하는 방법{METHOD FOR DIAGNOSIS OR PROGNOSIS OF NEURODEGENERATIVE DISEASES}[0001] METHOD FOR DIAGNOSIS OR PROGNOSIS OF NEURODEGENERATIVE DISEASES [0002]

본 발명은 퇴행성 뇌질환을 진단 또는 예측하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 퇴행성 뇌질환에서 nNOS의 이합체 변화의 원인 규명을 통한 퇴행성 뇌질환을 진단 또는 예측하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for diagnosing or predicting a degenerative brain disease, and more particularly, to a method for diagnosing or predicting a degenerative brain disease through the identification of the cause of the dimerization of nNOS in a degenerative brain disease.

알츠하이머병(Alzheimer's disease; AD)으로 야기되는 질환을 포함한 치매의 유병률은 수명 연장에 따라 급격히 증가하고 있다. 이는 선진국에서 많은 사회경제적인 문제와 관련된다. AD의 발병은 각각 노인성반(senile plaques) 및 신경섬유엉킴(neurofibrillary tangles) 형성의 원인이 되는 아밀로이드 β 단백질(amyloid β proteins) 및/또는 타우 단백질(tau protein)의 과도한 생성에 기인한다. 이러한 분자 매커니즘이 AD 발명의 거의 모든 양상에 근본적인 것으로 인식됨에도 불구하고(비특허문헌 1 참조), 최근 CDK5(cyclin-dependent kinase 5), 글리코겐 합성 효소 3β 및 포유류 라파마이신 타겟(mammalian target of rapamycin)과 같은 다양한 세포내 신호 분자 또한 AD 발병에 원인이 된다(비특허문헌 2 내지 4 참조). 이 중에서 CDK5는 AD 발병의 주요 매개체로 확인되고 있다(비특허문헌 3, 5 및 6 참조).The prevalence of dementia, including those caused by Alzheimer's disease (AD), is increasing rapidly with prolonged life span. This is related to many socio-economic problems in developed countries. The onset of AD is due to the overproduction of amyloid beta proteins and / or tau protein, which cause senile plaques and neurofibrillary tangles, respectively. Although this molecular mechanism has been recognized as fundamental to almost all aspects of the AD invention (see non-patent reference 1), it has recently been shown that cyclin-dependent kinase 5 (CDK5), glycogen synthase 3β and mammalian target of rapamycin And various intracellular signal molecules also cause AD outbreaks (see Non-Patent Documents 2 to 4). Among these, CDK5 has been identified as a major mediator of AD (see Non-Patent Documents 3, 5 and 6).

CDK5 유전자의 동형접합 녹아웃(Homozygous knockout)은 주산기 치사성(perinatal lethal)이고, 이러한 마우스는 외피 박판(cortical lamination) 및 신경세포 발달에 결함을 보이며(비특허문헌 7 및 8 참조), 이는 CDK5가 배발생(embryogenesis) 동안 정상 신경세포 발달에 필수 키나아제임을 나타낸다. CDK5는 또한 성체 신경발생(neurogenesis) 및 시냅스 가소성(synaptic plasticity)에 중요한 역할을 수행한다(비특허문헌 9 및 10 참조). 더욱이 CDK5의 이상 활성화는 AD를 포함한 신경병성 질환 발병에 연관되어 있다(비특허문헌 11 참조). 활성화도기 위해 CDK5는 p35 또는 p35의 절단된 형태인 p25과 같은 활성화 단백질과 연관되어야 한다. 한편 CDK5/p35 복합체는 정상 생리 과정을 매개하고, p25과의 연관은 CDK5 활성을 비정상적으로 증가시키고, 뉴런 세포 사멸 및 신경퇴화(neurodegeneration)를 야기하는 것으로 알려져 있다(비특허문헌 12 및 13 참조).Homozygous knockout of the CDK5 gene is perinatal lethal and these mice show defects in cortical lamination and neuronal development (see non-patent documents 7 and 8), which suggests that CDK5 Is an essential kinase for normal neuronal development during embryogenesis. CDK5 also plays an important role in neurogenesis and synaptic plasticity (see Non-Patent Documents 9 and 10). Furthermore, abnormal activation of CDK5 is associated with the onset of neuropathic diseases including AD (see non-patent document 11). For activation, CDK5 should be associated with an activating protein such as p25, a truncated form of p35 or p35. On the other hand, the CDK5 / p35 complex mediates normal physiological processes, and the association with p25 abnormally increases CDK5 activity and causes neuronal cell death and neurodegeneration (see Non-Patent Documents 12 and 13) .

NO(nitric oxide)는 NO 합성효소(NOS)의 세 가지 동형 단백질인 eNOS(endothelial NOS), nNOS(neuronal NOS) 및 iNOS(inducible NOS) 중 어느 하나로부터 생성되는 기체 신호 분자이다. 이러한 NOS 효소로부터 얻어지는 NO는 혈관 긴장도(vascular tone), 시냅스 보전(synaptic integrity) 및 염증 각각의 유지에 중요한 역할을 수행한다(비특허문헌 14 참조). 이 중에서 nNOS-유래 NO는 시냅스 가소성 및 기억 형성(비특허문헌 15 참조) 뿐 아니라 AD 발병을 억제(비특허문헌 16 및 17 참조)하는 것으로 보고되고 있다. NOS 이합체화(dimerization)는 NOS 효소적 활성에 필요한 것으로 정립되어 있다(비특허문헌 14 참조). NOS 이합체가 붕괴되면 각 단량체는 NO 대신 과산화물(superoxide)을 포함한 ROS(reactive oxygen species)를 생성한다(비특허문헌 14 참조). nNOS에서 N-말단 선도 서열(N-terminal leader sequences), N-말단 후크(N-terminal hooks) 및 Zn-루프(Zn-loops)를 포함한 N-말단 모티프(N-terminal motifs)는 이합체화에 중요하다고 보고되었다(비특허문헌 18 참조).NO (nitric oxide) is a gaseous signal molecule that is generated from three isoforms of NO synthase (eNOS) (endothelial NOS), nNOS (neuronal NOS) and iNOS (inducible NOS). NO obtained from such NOS enzymes plays an important role in the maintenance of vascular tone, synaptic integrity and inflammation, respectively (see Non-Patent Document 14). Among them, nNOS-derived NO has been reported to inhibit AD outbreaks (see Non-Patent Documents 16 and 17) as well as synaptic plasticity and memory formation (see Non-Patent Document 15). NOS dimerization has been established to be necessary for NOS enzymatic activity (see Non-Patent Document 14). When the NOS dimer collapses, each monomer produces a reactive oxygen species (ROS) including superoxide instead of NO (see Non-Patent Document 14). N-terminal motifs, including N-terminal leader sequences, N-terminal hooks and Zn-loops in nNOS, (See Non-Patent Document 18).

eNOS 이합체화가 노화 마우스 혈관에서 크게 붕괴되어, 노화 혈관에서 내피 기능 장애에 대한 분자 매커니즘을 제공하였으나(비특허문헌 19 참조), 신경 변성에서 nNOS 이합체화의 영향에 대해서는 보고되지 않고 있다.eNOS dimerization has been largely disrupted in the blood vessels of the aging mouse to provide a molecular mechanism for endothelial dysfunction in aging blood vessels (see Non-Patent Document 19), but the effect of nNOS dimerization in neurodegeneration has not been reported.

[비특허문헌][Non-Patent Document]

- 비특허문헌 1: Masters, C.L., Beyreuther, K., 2006. Alzheimer's centennial legacy: prospects for rational therapeutic intervention targeting the Abeta amyloid pathway. Brain 129, 2823-2839.- Non-Patent Document 1: Masters, C. L., Beyreuther, K., 2006. Alzheimer's centennial legacy: prospects for rational therapeutic intervention targeting the Abeta amyloid pathway. Brain 129, 2823-2839.

- 비특허문헌 2: Amin, J., Paquet, C., Baker, A., Asuni, A.A., Love, S., Holmes, C., Hugon, J., Nicoll, J.A., Boche, D., 2015. Effect of amyloid-beta (Abeta) immunization on hyperphosphorylated tau: a potential role for glycogen synthase kinase (GSK)-3beta. Neuropathol Appl Neurobiol 41, 445-457.- Non-Patent Document 2: Amin, J., Paquet, C., Baker, A., Asuni, AA, Love, S., Holmes, C., Hugon, J., Nicoll, JA, Boche, . Effect of amyloid-beta (Abeta) immunization on hyperphosphorylated tau: a potential role for glycogen synthase kinase (GSK) -3beta. Neuropathol Appl Neurobiol 41, 445-457.

- 비특허문헌 3: Dhariwala, F.A., Rajadhyaksha, M.S., 2008. An unusual member of the Cdk family: Cdk5. Cell Mol Neurobiol 28, 351-369.Non-Patent Document 3: Dhariwala, F.A., Rajadhyaksha, M.S., 2008. An unusual member of the Cdk family: Cdk5. Cell Mol Neurobiol 28,351-369.

- 비특허문헌 4: Tramutola, A., Triplett, J.C., Di Domenico, F., Niedowicz, D.M., Murphy, M.P., Coccia, R., Perluigi, M., Butterfield, D.A., 2015. Alteration of mTOR signaling occurs early in the progression of Alzheimer disease (AD): analysis of brain from subjects with pre-clinical AD, amnestic mild cognitive impairment and late-stage AD. J Neurochem 133, 739-749.Alteration of mTOR signaling occurs in the presence of mTOR signaling occurs in the absence of mTOR signaling. Early in the progression of Alzheimer disease (AD): analysis of brain from subjects with pre-clinical AD, amnestic mild cognitive impairment and late-stage AD. J Neurochem 133, 739-749.

- 비특허문헌 5: Barnett, D.G., Bibb, J.A., 2011. The role of Cdk5 in cognition and neuropsychiatric and neurological pathology. Brain Res Bull 85, 9-13.- Non-Patent Document 5: Barnett, D. G., Bibb, J. A., 2011. The role of Cdk5 in cognition and neuropsychiatric and neurological pathology. Brain Res Bull 85, 9-13.

- 비특허문헌 6: Crews, L., Patrick, C., Adame, A., Rockenstein, E., Masliah, E., 2011. Modulation of aberrant CDK5 signaling rescues impaired neurogenesis in models of Alzheimer's disease. Cell Death Dis 2, e120.- Non-Patent Document 6: Crews, L., Patrick, C., Adame, A., Rockenstein, E., Masliah, E., 2011. Modulation of aberrant CDK5 signaling rescues impaired neurogenesis in models of Alzheimer's disease. Cell Death Dis 2, e120.

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- 비특허문헌 8: Ohshima, T., Ward, J.M., Huh, C.G., Longenecker, G., Veeranna, Pant, H.C., Brady, R.O., Martin, L.J., Kulkarni, A.B., 1996. Targeted disruption of the cyclin-dependent kinase 5 gene results in abnormal corticogenesis, neuronal pathology and perinatal death. Proc Natl Acad Sci U S A 93, 11173-11178.- Non-Patent Document 8: Ohshima, T., Ward, JM, Huh, CG, Longenecker, G., Veeranna, Pant, HC, Brady, RO, Martin, LJ, Kulkarni, AB, 1996. Targeted disruption of the cyclin- dependent kinase 5 gene results in abnormal corticogenesis, neuronal pathology and perinatal death. Proc Natl Acad Sci U SA 93, 11173-11178.

- 비특허문헌 9: Jessberger, S., Aigner, S., Clemenson, G.D., Jr., Toni, N., Lie, D.C., Karalay, O., Overall, R., Kempermann, G., Gage, F.H., 2008. Cdk5 regulates accurate maturation of newborn granule cells in the adult hippocampus. PLoS Biol 6, e272.- Non-Patent Document 9: Jessberger, S., Aigner, S., Clemenson, GD, Jr., Toni, N., Lie, DC, Karalay, O., Overall, R., Kempermann, G., Gage, FH , 2008. Cdk5 regulates the maturation of newborn granule cells in the adult hippocampus. PLoS Biol 6, e272.

- 비특허문헌 10: Jessberger, S., Gage, F.H., Eisch, A.J., Lagace, D.C., 2009. Making a neuron: Cdk5 in embryonic and adult neurogenesis. Trends Neurosci 32, 575-582.- Non-patent document 10: Jessberger, S., Gage, F. H., Eisch, A. J., Lagace, D.C., 2009. Making a neuron: Cdk5 in embryonic and adult neurogenesis. Trends Neurosci 32, 575-582.

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- 비특허문헌 12: Lee, M.S., Kwon, Y.T., Li, M., Peng, J., Friedlander, R.M., Tsai, L.H., 2000. Neurotoxicity induces cleavage of p35 to p25 by calpain. Nature 405, 360-364.Non-Patent Document 12: Lee, M.S., Kwon, Y.T., Li, M., Peng, J., Friedlander, R. M., Tsai, L. H., 2000. Neurotoxicity induces cleavage of p35 to p25 by calpain. Nature 405, 360-364.

- 비특허문헌 13: Patrick, G.N., Zukerberg, L., Nikolic, M., de la Monte, S., Dikkes, P., Tsai, L.H., 1999. Conversion of p35 to p25 deregulates Cdk5 activity and promotes neurodegeneration. Nature 402, 615-622.- Non-Patent Document 13: Patrick, G. N., Zukerberg, L., Nikolic, M., de la Monte, S., Dikkes, P., Tsai, L. H., 1999. Conversion of p35 to p25 deregulates Cdk5 activity and promotes neurodegeneration. Nature 402, 615-622.

- 비특허문헌 14: Forstermann, U., Sessa, W.C., 2012. Nitric oxide synthases: regulation and function. Eur Heart J 33, 829-837, 837a-837d.- Non-patent document 14: Forstermann, U., Sessa, W.C., 2012. Nitric oxide synthases: regulation and function. Eur Heart J 33, 829-837, 837a-837d.

- 비특허문헌 15: Cserep, C., Szonyi, A., Veres, J.M., Nemeth, B., Szabadits, E., de Vente, J., Hajos, N., Freund, T.F., Nyiri, G., 2011. Nitric oxide signaling modulates synaptic transmission during early postnatal development. Cereb Cortex 21, 2065-2074.Non-Patent Document 15: Cserep, C., Szonyi, A., Veres, JM, Nemeth, B., Szabadits, E., de Vente, J., Hajos, N., Freund, TF, Nyiri, G., 2011. Nitric oxide signaling modulates synaptic transmission during early postnatal development. Cereb Cortex 21, 2065-2074.

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- 비특허문헌 25: Zhu, G., Fujii, K., Belkina, N., Liu, Y., James, M., Herrero, J., Shaw, S., 2005. Exceptional disfavor for proline at the P + 1 position among AGC and CAMK kinases establishes reciprocal specificity between them and the proline-directed kinases. J Biol Chem 280, 10743-10748.Non-Patent Document 25: Zhu, G., Fujii, K., Belkina, N., Liu, Y., James, M., Herrero, J., Shaw, S., 2005. Exceptional disfavor for proline at the P + 1 position among AGC and CAMK kinases establishes reciprocal specificity between them and the proline-directed kinases. J Biol Chem 280, 10743-10748.

- 비특허문헌 26: Crane, B.R., Rosenfeld, R.J., Arvai, A.S., Ghosh, D.K., Ghosh, S., Tainer, J.A., Stuehr, D.J., Getzoff, E.D., 1999. N-terminal domain swapping and metal ion binding in nitric oxide synthase dimerization. EMBO J 18, 6271-6281.Non-patent document 26: Crane, BR, Rosenfeld, RJ, Arvai, AS, Ghosh, DK, Ghosh, S., Tainer, JA, Stuehr, DJ, Getzoff, ED, 1999. N-terminal domain swapping and metal ion binding in nitric oxide synthase dimerization. EMBO J 18, 6271-6281.

- 비특허문헌 27: Ghosh, D.K., Crane, B.R., Ghosh, S., Wolan, D., Gachhui, R., Crooks, C., Presta, A., Tainer, J.A., Getzoff, E.D., Stuehr, D.J., 1999. Inducible nitric oxide synthase: role of the N-terminal betahairpin hook and pterin-binding segment in dimerization and tetrahydrobiopterin interaction. EMBO J 18, 6260-6270.- Non-patent document 27: Ghosh, DK, Crane, BR, Ghosh, S., Wolan, D., Gachhui, R., Crooks, C., Presta, A., Tainer, JA, Getzoff, ED, Stuehr, DJ , 1999. Inducible nitric oxide synthase: role of the N-terminal betahairpin hook and pterin-binding segment in dimerization and tetrahydrobiopterin interaction. EMBO J 18, 6260-6270.

- 비특허문헌 28: Keynes, R.G., Garthwaite, J., 2004. Nitric oxide and its role in ischaemic brain injury. Curr Mol Med 4, 179-191.Non-Patent Document 28: Keynes, R. G., Garthwaite, J., 2004. Nitric oxide and its role in ischaemic brain injury. Curr Mol Med 4, 179-191.

- 비특허문헌 29: Mariotto, S., Suzuki, Y., Persichini, T., Colasanti, M., Suzuki, H., Cantoni, O., 2007. Cross-talk between NO and arachidonic acid in inflammation. Curr Med Chem 14, 1940-1944.Non-Patent Document 29: Mariotto, S., Suzuki, Y., Persichini, T., Colasanti, M., Suzuki, H., Cantoni, O., 2007. Cross-talk between NO and arachidonic acid in inflammation. Curr Med Chem 14, 1940-1944.

- 비특허문헌 30: Guglielmotto, M., Giliberto, L., Tamagno, E., Tabaton, M., 2010. Oxidative stress mediates the pathogenic effect of different Alzheimer's disease risk factors. Front Aging Neurosci 2, 3.- Non-patent reference 30: Guglielmotto, M., Giliberto, L., Tamagno, E., Tabaton, M., 2010. Oxidative stress mediates the pathogenic effect of different Alzheimer's disease risk factors. Front Aging Neurosci 2, 3.

- 비특허문헌 31: Keller, J.N., Schmitt, F.A., Scheff, S.W., Ding, Q., Chen, Q., Butterfield, D.A., Markesbery, W.R., 2005. Evidence of increased oxidative damage in subjects with mild cognitive impairment. Neurology 64, 1152-1156.Non-Patent Document 31: Keller, J. N., Schmitt, F. A., Scheff, S. W., Ding, Q., Chen, Q., Butterfield, D. A., Markesbery, W. R., 2005. Evidence of increased oxidative damage in subjects with mild cognitive impairment. Neurology 64, 1152-1156.

- 비특허문헌 32: Markesbery, W.R., Carney, J.M., 1999. Oxidative alterations in Alzheimer's disease. Brain Pathol 9, 133-146.- Non-patent document 32: Markesbery, W. R., Carney, J. M., 1999. Oxidative alterations in Alzheimer's disease. Brain Pathol 9, 133-146.

- 비특허문헌 33: Matsumura, A., Emoto, M.C., Suzuki, S., Iwahara, N., Hisahara, S., Kawamata, J., Suzuki, H., Yamauchi, A., Sato-Akaba, H., Fujii, H.G., Shimohama, S., 2015. Evaluation of oxidative stress in the brain of a transgenic mouse model of Alzheimer disease by in vivo electron paramagnetic resonance imaging. Free Radic Biol Med 85, 165-173.- Non-Patent Document 33: Matsumura, A., Emoto, MC, Suzuki, S., Iwahara, N., Hisahara, S., Kawamata, J., Suzuki, H., Yamauchi, A., Sato-Akaba, H , Fujii, HG, Shimohama, S., 2015. Evaluation of oxidative stress in the brain of a transgenic mouse model of Alzheimer disease by in vivo electron paramagnetic resonance imaging. Free Radic Biol Med 85, 165-173.

- 비특허문헌 34: Tamagno, E., Guglielmotto, M., Aragno, M., Borghi, R., Autelli, R., Giliberto, L., Muraca, G., Danni, O., Zhu, X., Smith, M.A., Perry, G., Jo, D.G., Mattson, M.P., Tabaton, M., 2008. Oxidative stress activates a positive feedback between the gamma- and beta-secretase cleavages of the beta-amyloid precursor protein. J Neurochem 104, 683-695.Non-Patent Document 34: Tamagno, E., Guglielmotto, M., Aragno, M., Borghi, R., Autelli, R., Giliberto, L., Muraca, G., Danni, O., Zhu, X. , Smith, MA, Perry, G., Jo, DG, Mattson, MP, Tabaton, M., 2008. Oxidative stress activates a positive feedback between gamma- and beta-secretase cleavages of the beta-amyloid precursor protein. J Neurochem 104, 683-695.

상기 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 5×FAD(familial AD) 마우스에서 nNOS 이합체화의 붕괴가 AD 발병에 원인이 되는지에 대한 검토를 통해 퇴행성 뇌질환을 진단 또는 예측하는 방법을 제공하고자 한다.In order to solve the above problem, the present invention provides a method for diagnosing or predicting a degenerative brain disease by examining whether collapse of nNOS dimerization in 5x FAD (familial AD) mice causes AD onset.

또한 AD 발병에 원인이 되는 nNOS 이합체화의 붕괴를 유도하는 물질을 저해시키는 물질을 유효성분으로 함유함으로써 퇴행성 뇌질환 예방 또는 치료용 약학 조성물로의 활용 가능성에 대해 제시하고자 한다.Also, it is proposed to use as a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of degenerative brain diseases by containing as an active ingredient a substance which inhibits a substance inducing collapse of nNOS dimerization which is a cause of AD.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, nNOS(neuronal nitric oxide synthase)의 세린(serine) 293번 잔기의 인산화 여부를 검지하여 퇴행성 뇌질환을 진단 또는 예측하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for diagnosing or predicting a degenerative brain disease by detecting the phosphorylation of serine 293 residue of nNOS (neuronal nitric oxide synthase).

상기 또 다른 과제 해결을 위하여 본 발명은, nNOS(neuronal nitric oxide synthase)의 세린(serine) 293번 잔기를 인산화하는 CDK5(cyclin-dependent kinase 5) 저해물질을 유효성분으로 함유하는 퇴행성 뇌질환 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공한다.In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a method for preventing or treating degenerative brain diseases comprising, as an active ingredient, a CDK5 (cyclin-dependent kinase 5) inhibitor which phosphorylates a serine 293 residue of nNOS (neuronal nitric oxide synthase) A pharmaceutical composition for therapeutic use is provided.

본 발명에서는 nNOS의 serine 293번 잔기의 인산화가 nNOS 이합체 형성과 NO 생성을 저해하는 사실을 발견하였으며, 그 잔기는 CDK5(cyclin-dependent kinase 5)에 의해 실제로 인산화됨을 증명하였다. 또한 인산화를 흉내내는 nNOS-S293D 돌연변이에서 nNOS 이합체와 NO 생성이 모두 저해됨을 확인하였다. 따라서 이러한 결과들은 nNOS-Ser293의 인산화가 nNOS 이합체 생성을 저해하여 치매 등 퇴행성 뇌질환의 발병에 기여함을 시사하며, p-nNOS-Ser293를 인지하는 특이 항체를 개발하는 것은 이들 질환의 진단이나 예후를 예측하는데 기여할 가능성이 있다는 것을 증명한다. 나아가 CDK5 저해제인 로스코비틴(roscovitine)을 새로운 치매 치료제로서 개발할 수 있는 근거를 제시한다.In the present invention, it has been found that phosphorylation of nNOS serine 293 residue inhibits nNOS dimer formation and NO production, and that the residue is actually phosphorylated by CDK5 (cyclin-dependent kinase 5). It was also confirmed that nNOS dimer and NO production were inhibited in the nNOS-S293D mutation mimicking phosphorylation. Therefore, these results suggest that phosphorylation of nNOS-Ser293 inhibits nNOS dimer formation and contributes to the development of degenerative brain diseases such as dementia. The development of a specific antibody recognizing p-nNOS-Ser293 suggests that the diagnosis or prognosis Of the total population. Furthermore, roscovitine, a CDK5 inhibitor, can be developed as a new treatment for dementia.

도 1은 본 발명의 실험예에서 5×FAD 마우스의 전두 피질에서의 시냅스 수 및 시냅스 마커 발현의 미변화에 관한 실험 결과를 나타낸 그래프 및 사진이다.
도 2는 본 발명의 실험예에서 nNOS 이합체화의 붕괴 및 5×FAD 마우스 전두 피질에서의 ROS 생성 증가에 관한 실험 결과를 나타낸 그래프 및 사진이다.
도 3은 본 발명의 실험예에서 확산된 세포질 구획(diffuse cytosolic compartment)으로부터 원형질 막(plasma membrane)으로의 CDK5 세포내 위치 이동 및 5×FAD 마우스의 전두 피질에서 p25 단백질이 레벨 증가로 인한 nNOS의 동시 국소화(colocalization)에 관한 실험 결과를 나타낸 그래프 및 사진이다.
도 4는 본 발명의 실험예에서 CDK5의 체외(in vitro) GSP(glycine-serine-proline) 모티프에서 nNOS-Ser293 인산화 및 nNOS-Ser293 돌연변이의 nNOS 이합체화 붕괴에 관한 실험 결과를 나타낸 서열, 그래프 및 사진이다.
도 5는 본 발명에서 nNOS의 세린 293번 잔기의 인산화가 nNOS 이합체 형성과 NO 생성을 저해하는 과정을 모식적으로 나타낸 그림.
FIG. 1 is a graph and photographs showing experimental results on the unchanged synaptic number and synapse marker expression in the frontal cortex of a 5 × FAD mouse in the experimental example of the present invention.
FIG. 2 is a graph and a photograph showing experimental results on the collapse of nNOS dimerization and the increase of ROS production in the 5 × FAD mouse frontal cortex in the experimental example of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a graph showing the changes in the intracellular localization of CDK5 from a diffuse cytosolic compartment to a plasma membrane in the experimental example of the present invention and the increase in the concentration of nNOS due to an increase in level of p25 protein in the frontal cortex of 5x FAD mice Graphs and photographs showing experimental results on simultaneous colocalization.
Figure 4 shows the results of experiments on nNOS-Ser 293 phosphorylation and nNOS-Ser 293 mutation degradation of nNOS in the in vitro GSP (glycine-serine-proline) motif of CDK5 in the experimental example of the present invention, Graphs and pictures.
FIG. 5 schematically illustrates the process in which phosphorylation of serine 293 residue of nNOS inhibits nNOS dimer formation and NO production in the present invention. FIG.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

NOS(Nitric oxide synthase)는 생체내에서 NO(nitric oxide)를 생성하는 효소로 세 가지의 동형 단백질(isoform)이 존재하는데, 그 중 뉴런에 주로 분포하는 nNOS(neuronal NOS)는 NO를 생성하여 뉴런을 보호하고 시냅스에서 신경전달을 세밀하게 조절하는 역할을 수행한다고 알려져 있다. 모든 종류의 NOS는 정상적으로 NO를 생성하려면 반드시 이합체를 형성하여야 하는데, 이 이합체가 붕괴되어 단량체가 되면 NO 대신 세포에 매우 유해한 과산화물(superoxide)과 같은 ROS(reactive oxygen species)가 생성된다. 하지만 현재까지 퇴행성 뇌질환에서 nNOS의 이합체 변화에 대한 연구결과는 없으며, nNOS의 이합체 형성에 영향을 미치는 아미노산 잔기에 대해서도 보고된 바가 없다. 본 발명에서는 nNOS의 세린(serine) 293번 잔기의 인산화가 nNOS 이합체 형성과 NO 생성을 저해하는 사실을 발견하였으며, 그 잔기는 CDK5(cyclin-dependent kinase 5)에 의해 실제로 인산화됨을 증명하였다. 또한 인산화를 흉내내는 nNOS-S293D 돌연변이에서 nNOS 이합체와 NO 생성이 모두 저해됨을 확인하였다. 따라서 이러한 결과들은 nNOS-Ser293의 인산화가 nNOS 이합체 생성을 저해하여 치매 등 퇴행성 뇌질환의 발병에 기여함을 시사하며, p-nNOS-Ser293를 인지하는 특이 항체를 개발하는 것은 이들 질환의 진단이나 예후를 예측하는데 기여할 가능성이 있다는 것을 증명한다. 나아가 CDK5 저해제인 로스코비틴(roscovitine)을 새로운 치매 치료제로서 개발할 수 있는 근거를 제시한다.Nitric oxide synthase (NOS) is an enzyme that produces NO (nitric oxide) in vivo. There are three isoforms, of which nNOS (neuronal NOS), which is mainly distributed in neurons, And it is known to play a role of fine regulation of neurotransmission in synapses. All kinds of NOS must form a dimer in order to normally produce NO. When this dimer collapses and becomes a monomer, ROS (reactive oxygen species) such as superoxide, which is very harmful to the cell instead of NO, is produced. However, to date, there has been no study on the dimerization of nNOS in degenerative brain diseases, and no amino acid residues that affect the formation of nNOS dimers have been reported. In the present invention, it has been found that phosphorylation of serine 293 residue of nNOS inhibits nNOS dimer formation and NO production, and that the residue is actually phosphorylated by CDK5 (cyclin-dependent kinase 5). It was also confirmed that nNOS dimer and NO production were inhibited in the nNOS-S293D mutation mimicking phosphorylation. Therefore, these results suggest that phosphorylation of nNOS-Ser293 inhibits nNOS dimer formation and contributes to the development of degenerative brain diseases such as dementia. The development of a specific antibody recognizing p-nNOS-Ser293 suggests that the diagnosis or prognosis Of the total population. Furthermore, roscovitine, a CDK5 inhibitor, can be developed as a new treatment for dementia.

따라서 본 발명은 nNOS(neuronal nitric oxide synthase)의 세린(serine) 293번 잔기의 인산화 여부를 검지하여 퇴행성 뇌질환을 진단 또는 예측하는 방법과, nNOS(neuronal nitric oxide synthase)의 세린(serine) 293번 잔기를 인산화하는 CDK5(cyclin-dependent kinase 5) 저해물질을 유효성분으로 함유하는 퇴행성 뇌질환 예방 또는 치료용 약학 조성물을 개시한다.Accordingly, the present invention provides a method of diagnosing or predicting a degenerative brain disease by detecting the phosphorylation of a serine 293 residue of nNOS (neuronal nitric oxide synthase), a method of diagnosing or predicting a degenerative brain disease, and a method of detecting neuronal nitric oxide synthase (Cyclin-dependent kinase 5) inhibiting substance which phosphorylates a residue of a protein of the present invention as an active ingredient.

이하, 구체적인 실험예를 들어 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to specific experimental examples.

재료 및 실험 방법Materials and Experimental Methods

(1) 재료(1) Material

FLAG 및 β-액틴(β-actin)에 대한 항체는 Sigma-Aldrich Co.(St. Louis, MO)로부터, NeuN 및 PSD95(postsynaptic density 95)에 대한 항체는 EMD Millipore(Darmstadt, Germany)로부터, nNOS 및 CDK5에 대한 항체는 Novus Biologicals(Littleton, CO)로부터, p35/p25 및 시냅토파이신(synaptophysin)에 대한 항체는 각각 Abcam(Cambridge, MA) 및 BD biosciences(Franklin Lakes, NJ)로부터, [γ-32P]-ATP는 PerkinElmer Life Sciences(Boston, MA)로부터, 정제 재조합체 CDK5/p25는 Upstate Biotechnology Inc.(Lake Placid, NY)로부터, 단백질 A 아가로오스(Protein A agarose)는 Thermo Scientific Inc.(Rockford, IL)로부터, 콜라게나아제(Collagenase, type 2)는 Worthington Biochemical Corporation(Freehold, NJ)로부터, MEM(Minimal essential medium), DPBS(Dulbecco?s phosphate-buffered saline), FBS(fetal bovine serum), 페니실린(penicillin) 및 스트렙토마이신(streptomycin) 항생제, L-글루타민(L-glutamine), 트립신-EDTA(trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid) 용액 및 세포 배양을 위한 플라스틱 기구는 Gibco-BRL(Gaithersburg, MD)로부터 각각 입수하여 사용되었고, 모든 다른 물질은 순수 분석 등급이었다.Antibodies against FLAG and β-actin were obtained from Sigma-Aldrich Co. (St. Louis, MO), antibodies against NeuN and PSD95 (postsynaptic density 95) were obtained from EMD Millipore (Darmstadt, Germany) And antibodies to CDK5 from Novus Biologicals (Littleton, CO), antibodies against p35 / p25 and synaptophysin from Abcam (Cambridge, MA) and BD biosciences (Franklin Lakes, NJ) 32P] -ATP from PerkinElmer Life Sciences (Boston, MA), purified recombinant CDK5 / p25 from Upstate Biotechnology Inc. (Lake Placid, NY), Protein A agarose from Thermo Scientific Inc. Collagenase type 2 from Worthington Biochemical Corporation (Freehold, NJ), MEM (Minimal Essential Medium), DPBS (Dulbecco's phosphate-buffered saline), FBS (fetal bovine serum) , Penicillin and streptomycin antibiotics, L-glutamine, trypsin-ethyle nediaminetetraacetic acid solution and a plastic instrument for cell culture were obtained from Gibco-BRL (Gaithersburg, MD) and all other materials were of pure analytical grade.

(2) nNOS의 부위-특이적 변이(Site-directed mutagenesis)(2) site-directed mutagenesis of nNOS

포유류 발현 벡터 pcDNA3로 서브클론된 쥐 FLAG-태그 야생형(Rat FLAG-tagged wild-type(WT)) nNOS(accession number X59949, UniProt ID: P29476) 구조를 입수(Masatomo Watanabe, Laboratory of Molecular and Cellular Neuroscience, Kagawa School of Pharmaceutical Sciences, Tokushima Bunri University, Sanuki-city, Kagawa, Japan)(Watanabe and Itoh, 2011)하고, 키트(QuikChange II Site-Directed Mutagenesis Kit, Agilent Technologies, Santa Clara, CA)를 사용하여 두 개의 돌연변이체(인산화를 흉내내는(phosphomimetic) nNOS-S293D(serine is replaced by aspartate at serine 293) 및 중성 nNOS-S293A 돌연변이체(serine is replaced by alanine)를 제조하였고, 이를 충분히 시퀀싱하여 각 구조의 성공적인 돌연변이를 확인하였다. 각 돌연변이체를 증폭시키기 위해 설계된 PCR 프라이머 쌍은 다음과 같다: nNOS-S293D-F, 5'-CCACCAAGAACGGCGACCCTTCCAGGTGCC-3'; nNOS-S293D-R, 5'-GGCACCTGGAAGGGTCGCCGTTCTTGGTGG-3'; nNOS-S293A-F, 5'- CCACCAAGAACGGCGCCCCTTCCAGGTGCC-3'; and nNOS-S293A-R, 5'- GGCACCTGGAAGGGGCGCCGTTCTTGGTGG-3'.The structure of rat FLAG-tagged wild-type (WT) nNOS (accession number X59949, UniProt ID: P29476) subcloned with mammalian expression vector pcDNA3 was obtained (Masatomo Watanabe, Laboratory of Molecular and Cellular Neuroscience, (Kagawa School of Pharmaceutical Sciences, Tokushima Bunri University, Sanuki-city, Kagawa, Japan) (Watanabe and Itoh, 2011) and using a kit (QuikChange II Site-Directed Mutagenesis Kit, Agilent Technologies, Santa Clara, CA) The mutant (phosphomimetic) nNOS-S293D (serine is replaced by aspartate at serine 293) and the neutral nNOS-S293A mutant (serine is replaced by alanine) were prepared and sequenced sufficiently to obtain a successful mutation The PCR primer pairs designed to amplify each mutant were: nNOS-S293D-F, 5'-CCACCAAGAACGGCGACCCTTCCAGGTGCC-3 '; nNOS-S293D-R, 5'-GGCACCTGGAAGGGTCGCCGTTCTTGGTGG- S29 3A-F, 5'-CCACCAAGAACGGCGCCCCTTCCAGGTGCC-3 'and nNOS-S293A-R, 5'-GGCACCTGGAAGGGGCGCCGTTCTTGGTGG-3'.

(3) nNOS, eNOS 및 iNOS의 비교 정렬을 위한 인 실리코(In silico) 분석 및 모티프 스캔(motif scan)(3) In silico analysis and motif scan for comparison alignment of nNOS, eNOS and iNOS.

다른 종에서의 nNOS, eNOS 및 iNOS 단백질 서열을 NCBI(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein)로부터 입수하였으며, 등록번호(accession numbers)는 다음과 같다: nNOS Homo sapiens - UniProtKB/Swiss-Prot: P29475.2, nNOS Bos taurus - NCBI Reference Sequence: XP_002694631.2, nNOS Rattus norvegicus - UniProtKB/Swiss-Prot: P29476.1, nNOS Mus musculus - UniProtKB/Swiss-Prot: Q9Z0J4.1, eNOS Rattus norvegicus - UniProtKB/Swiss-Prot: Q62600.4, iNOS Rattus norvegicus - UniProtKB/Swiss-Prot: Q06518.2. 이들 서열에 대해 NPS@(Network Protein Sequence Analysis, Combet et al., 2000)을 이용하여 비교 정렬 분석을 시행하였다. 특이적 단백질 키나아제에 의해 가장 잘 인산화될 것으로 보이는 쥐의 nNOS 서열 모티프(sequence motifs)를 모티프 스캐닝 프로그램(Scansite, http://scansite3.mit.edu.)을 이용하여 확인하였다.The nNOS, eNOS and iNOS protein sequences from other species were obtained from NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein) and the accession numbers are as follows: nNOS Homo sapiens - UniProtKB / Swiss-Prot: P29475.2, nNOS Bos taurus - NCBI Reference Sequence: XP_002694631.2, nNOS Rattus norvegicus - UniProtKB / Swiss-Prot: P29476.1, nNOS Mus musculus - UniprotKB / Swiss-Prot: Q9Z0J4.1, eNOS Rattus norvegicus - UniProtKB / Swiss-Prot: Q62600.4, iNOS Rattus norvegicus - UniProtKB / Swiss-Prot: Q06518.2. For these sequences, comparative alignment analysis was performed using NPS @ (Network Protein Sequence Analysis, Combet et al., 2000). The rat nNOS sequence motifs, which seem to be the best phosphorylated by specific protein kinases, were identified using a motif scanning program (Scansite, http://scansite3.mit.edu.).

(4) 세포 배양 및 형질주입(4) Cell culture and transfection

BAEC(Bovine aortic endothelial cells)를 이전에 알려진 방법(비특허문헌 20 참조)을 참고하여 분리하고, 5% FBS로 보충된 MEM에서 공기중 5% CO2 및 37℃ 조건으로 유지시켰다. 내피 세포를 광학현미경 관찰 시 전형적인 자갈 형태(cobblestone configuration) 및 폰 빌레브란트 인자 VIII(von Willebrand factor VIII)의 양성 간접 면역형광 검사(positive indirect immunofluorescence test)로 확인하였다. 모든 실험에서 이들 세포로 5 내지 9계대(passages)의 것이 사용되었다. 형질주입 실험을 위해 쥐의 WT-nNOS, nNOS-S293D 또는 nNOS-S293A를 엔코딩하는 cDNA를 60-mm 배양 접시에서 Lipofectamine 2000(Invitrogen, Carlsbad, CA)을 사용하여 제조사의 지시에 따라 70% 세포수(confluence)로 성장된 BAEC에 감염시켰다. 벡터 대조 실험을 위해 동량의 pcDNA3를 또한 감염시켰다.BAEC (bovine aortic endothelial cells) was isolated by referring to a previously known method (see Non-Patent Document 20), and maintained in 5% CO 2 and 37 ° C in air in MEM supplemented with 5% FBS. Endothelial cells were identified by a cobblestone configuration and a positive indirect immunofluorescence test of von Willebrand factor VIII during optical microscopy. In all experiments, 5 to 9 passages were used for these cells. For transfection experiments, cDNA encoding the rat WT-nNOS, nNOS-S293D or nNOS-S293A was cultured in a 60-mm culture dish using Lipofectamine 2000 (Invitrogen, Carlsbad, CA) (confluence). Equal amounts of pcDNA3 were also infected for vector control experiments.

(5) 웨스턴 블롯 분석(5) Western blot analysis

형질주입된 세포를 용균 완충액(lysis buffer)(20 mM Tris-HCl pH 7.5, 150 mM NaCl, 1% Triton X-100, 1 mM EDTA, 1 mM EGTA(ethylene glycol tetraacetic acid), 1 mM PMSF(phenylmethylsulfonyl fluoride), 10 mM β-glycerophosphate, 1 mM NaF, and 1mM Na3VO4, and 1×Protease Inhibitor CocktailTM(Roche Molecular Biochemicals, Indianapolis, IN)]에서 용균시켰다. 용균물에서 동량(20μg)의 단백질을 환원 조건하에서 SDS-PAGE(sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis)로 분리하고 니트로셀룰로오스 막(nitrocellulose membrane)(GE Healthcare Life Sciences, Piscataway, NJ )에 전기영동으로 이동시켰다. 블롯은 FLAG(1:5,000 희석), nNOS(1:3,000 희석), CDK5(1:1,000 희석), p35/25(1:1,000 희석), 시냅토파이신(1:10,000 희석), PSD95(1:10,000 희석) 또는 β-액틴(1:100,000 희석)에 대한 직접적인 항체, 뒤이어 상응하는 2차 항체로 프로브되었고, 최종적으로 ECL(enhanced chemiluminescence) 시약(Amersham, DE)을 사용하여 전개되었다..The transfected cells were resuspended in lysis buffer (20 mM Tris-HCl pH 7.5, 150 mM NaCl, 1% Triton X-100, 1 mM EDTA, 1 mM EGTA, 1 mM PMSF (10 μM β-glycerophosphate, 1 mM NaF, and 1 mM Na 3 VO 4 , and 1 × Protease Inhibitor Cocktail (Roche Molecular Biochemicals, Indianapolis, Ind.). Was separated by SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) under reducing conditions and transferred to a nitrocellulose membrane (GE Healthcare Life Sciences, Piscataway, NJ) by electrophoresis. ), nNOS (1: 3,000 dilution), CDK5 (1: 1,000 dilution), p35 / 25 (1: 1,000 dilution), synaptophysin (1: 10,000 dilution), PSD95 1: 100,000 dilution), followed by the corresponding secondary antibody, and finally ECL (enhanced chemiluminescence) Was developed using reagents (Amersham, DE).

(6) NO 방출 측정(6) NO emission measurement

nNOS 구조로 형질도입된 BAEC에서 NO 생성은 이전에 알려진 방법(비특허문헌 21 참조)에 따라 전체 아질산염(nitrite) 농도로 측정되었다. 간략히 설명하면, 성질도입 후 세포를 무혈청(serum-free) MEM에서 24시간 배양하고, 조정 배지를 마이크로원심분리 튜브(microcentrifuge tube)에 수집하여 원심분리하였다. 200㎕의 상등액 표본을 96-웰 플레이트에 ?ケ璲?, 50㎕의 5% 인산을 함유한 1% 설파닐아미드(sulfanilamide)(Sigma-Aldrich Co.) 및 50㎕의 0.1% N-(1-나프틸)에틸렌디아민(N-(1-naphthyl)ethylenediamine)(Sigma-Aldrich Co.)을 첨가하였다. 상온에서 10분간 발색 현상 후 마이크로플레이트 리더(microplate reader)를 이용하여 520nm 파장에서 흡광도를 측정하였다. 각 샘플은 쌍을 이룬 웰(duplicate wells)에서 분석되었다. 검정선(calibration curve)은 아질산나트륨(sodium nitrite) 용액을 이용하여 플롯되었다.The NO production in BAEC transfected with the nNOS structure was measured as the total nitrite concentration according to the previously known method (see non-patent reference 21). Briefly, after transduction, cells were cultured in serum-free MEM for 24 hours, and the conditioned medium was collected in a microcentrifuge tube and centrifuged. 200 μl of the supernatant sample was added to a 96-well plate, 1 μl of sulfanilamide (Sigma-Aldrich Co.) containing 50 μl of 5% phosphoric acid and 50 μl of 0.1% N- (1 (1-naphthyl) ethylenediamine) (Sigma-Aldrich Co.) was added thereto. After 10 minutes of color development at room temperature, the absorbance was measured at 520 nm using a microplate reader. Each sample was analyzed in duplicate wells. The calibration curve was plotted using a sodium nitrite solution.

(7) LT-PAGE(low-temperature SDS-PAGE)를 이용한 nNOS 이합체화 측정(7) Measurement of nNOS dimerization using LT-PAGE (low-temperature SDS-PAGE)

nNOS 이합체 및 단량체 검지를 위한 LT-PAGE는 이전에 알려진 방법(비특허문헌 19 참조)을 참고하여 수행되었다. 간략히 설명하면, BAEC를 빈 벡터(empty vector) WT-nNOS, nNOS-S293D 또는 nNOS-S293A로 형질도입 후 용균 완충액으로 용균시킨 세포 및 동량의 단백질을 DTT(dithiothreitol)와 같은 환원제가 없는 1* 램리 완충액(Laemmli buffer)으로 배양하였다. 샘플에 대해 6% 겔로 SDS-PAGE를 수행하였다. 전기영동 전에 겔 및 러닝 버퍼(running buffer)를 평형화시키고, 전기영동 간 버퍼 용기를 아이스 배스에 두어 겔 온도를 15℃ 미만으로 유지시켰다. LT-PAGE에 이어서 겔을 옮기고 통상적인 웨스턴 블롯 분석에 따라 블롯을 프로브하였다. 100mM DTT로 처리된 샘플을 전체 nNOS 단백질 측정에 사용하였다.LT-PAGE for detection of nNOS dimers and monomers was performed with reference to a previously known method (see Non-Patent Document 19). Briefly, cells in which BAEC was lysed with an empty vector WT-nNOS, nNOS-S293D or nNOS-S293A and then lysed with a lysis buffer, and the same amount of protein were added to a 1 * RAMEI without reducing agent such as DTT (dithiothreitol) Lt; / RTI > buffer (Laemmli buffer). SDS-PAGE was performed on the samples at 6% gel. The gel and running buffer were equilibrated prior to electrophoresis and the gel buffer temperature was maintained below 15 ° C by placing the electrophoresis buffer vessel on the ice bath. Following LT-PAGE, the gel was transferred and the blots probed according to conventional Western blot analysis. Samples treated with 100 mM DTT were used for total nNOS protein measurement.

(8) 체외(in vitro) 인산화 분석8 in vitro (in vitro) phosphorylation analysis

각 형질주입(벡터 단독, WT-nNOS 또는 nNOS-S293A) 후 세포를 용균 완충액에 용균시키고 용균물을 10분간 12,000*g에서 원심분리하였다. 상등액(400㎍)을 4㎕의 항-FLAG 항체를 이용하여 면역침강(immunoprecipitated)시켰다. 대조군으로 4㎕의 비-면역 혈청(non-immune serum)(normal mouse IgG)을 사용하였다. 면역침강물을 용균 완충액으로 2회 및 인산화 분석 완충액(20mM 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid(HEPES), pH 7.4, 5mM MgCl2 및 1mM DTT)으로 2회 세척하였다. 각 면역침강물(기질로 사용된)을 25㎕의 인산화 분석 완충액에 재부유시키고 2 μ Ci의 [γ-32P]-ATP 및 0.2㎍의 활성 CDK5/p25를 첨가하여 인산화 분석을 시작하였다. 30℃에서 60분간 배양 후 램리 샘플 완충액을 첨가하여 반응을 종결시켰다. 샘플을 5분간 비등시키고 10% SDS-PAGE에 가한 후 건조된 겔을 -80℃에서 X-레이 필름에 노출시켰다. nNOS 단백질에 관한 인산화는 이미지 분석 프로그램(ImageJ; NIH, Bethesda, MD)을 이용하여 상응하는 밴드의 농도계측으로 정량화되었다.After each transfection (vector alone, WT-nNOS or nNOS-S293A), cells were lysed in lysis buffer, and the fungus was centrifuged at 12,000 * g for 10 minutes. The supernatant (400 μg) was immunoprecipitated using 4 μl of anti-FLAG antibody. As a control, 4 μl of non-immune serum (normal mouse IgG) was used. The immunoprecipitates were washed twice with lysis buffer and twice with phosphorylation assay buffer (20 mM 4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazineethanesulfonic acid (HEPES), pH 7.4, 5 mM MgCl 2 and 1 mM DTT). Each of the immunoprecipitates (used as substrate) was resuspended in 25 μl of phosphorylation assay buffer and 2 μCi [γ-32 P ] -ATP and 0.2 μg of active CDK5 / p25 were added to initiate the phosphorylation assay. After incubation at 30 DEG C for 60 minutes, the reaction was terminated by adding Rammey sample buffer. The sample was boiled for 5 minutes and subjected to 10% SDS-PAGE and the dried gel was exposed to X-ray film at -80 ° C. Phosphorylation of the nNOS protein was quantitated to the corresponding band concentration measurements using an image analysis program (ImageJ; NIH, Bethesda, Md.).

(9) 동물 실험(9) Animal experiments

형질전환 마우스(5×FAD)를 Jackson Laboratory(Bar Harbor, ME)로부터 입수하였다. 2월령의 반접합성 5×FAD 마우스(웅성 5수, 자성 2수) 및 비-형질전환 대조군 마우스(2월령, 웅성 6수), 6월령의 반접합성 5×FAD 마우스(웅성 8수, 자성 4수) 및 비-형질전환 대조군 마우스(6월령, 웅성 9수)를 실험에 사용하였다. 실험 동물에 대해 케이지 당 3수씩 물과 사료를 제한 없이 공급하였다. 실험 초기에 마우스를 12:12 명암 주기(명주기 07~19시)로 온도(22±1℃) 및 상대습도(50±10%)를 제어하여 동물사육장(Konkuk University)에 보관하였다. 모든 실험은 건국대학교 위원회의 승인(KU14163)을 얻어 시행되었으며 동물관리 규정을 준수하였다.Transgenic mice (5x FAD) were obtained from Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME). (2 male, 6 male), 6-month-old semi-adherent 5x FAD mouse (Male 8 male, Magnetic 4 male, Male) and non-transgenic control mice (6 months old, male 9 male) were used in the experiment. Water and feed were fed unlimitedly to the experimental animals in triplicate per cage. At the beginning of the experiment, the mice were kept at Konkuk University at a temperature of 22 ± 1 ° C and a relative humidity of 50 ± 10% at 12:12 light cycle (light period 07 ~ 19). All experiments were conducted with the approval of the Konkuk University Committee (KU14163) and they complied with animal management regulations.

(10) 면역조직화학(Immunohistochemistry; IHC)(10) Immunohistochemistry (IHC)

모든 마우스를 희생시키고 10mM의 차가운 PBS(phosphate-buffered saline)로 20분간 심장내로 관류시킨 후 4% PFA(paraformaldehyde)로 관류시켰다. 마우스의 뇌를 신속히 제거하고 같은 고정액을 함유한 튜브에 4℃에서 1일간 담그고 30% 수크로오스를 함유한 PBS에 3일간 동결보호하였다. 이후 뇌를 드라이아이스 분말에서 냉동시키고 실험 시까지 -80℃에서 보관하였다. 연속 절편을 준비하기 위해 저온유지 장치(cryostat)(Leica CM1850, Wetzlar, Germany)를 이용하여 전두 피질(frontal cortex)을 통해 관상 절편(coronal section, 30㎛ 두께)을 잘라내었다. 각 웰에 1㎖의 조직 저장 용액(tissue stock solution)(glycerol and ethylene glycol in 200mM phosphate buffer)을 함유한 12-웰 배양 플레이트(Falcon, Becton Dickinson Labware S.A., Le Pont-de-Claix, France)에 절편을 수집하였다. 각 마우스에 대하여 조직 절편을 자유부유법(free-floating technique)을 이용하여 과정을 수행하였다. 절편을 상온에서 1시간 동안 블로킹 완충액(blocking buffer)(10% horse serum and 0.3% Triton X-100 in PBS)에 담그었다. 전두 피질 절편을 항-NeuN 항체(1:1,000 희석), 항-nNOS 항체(1:100; Novus, Littleton, CO), 항-p35/p25 항체(1:100 희석) 및 항-CDK5 항체(1:100 희석)로 면역염색(immunostain)시켰다. 이어서, 절편을 세척 완충액(1.5% horse serum and 0.1% Triton X-100 in PBS)으로 10분간 3회 헹구었다. Alexa488 또는 Alexa594(ThermoFisher Sci., Waltham, MA)로 접합시킨 2차 항체를 블로킹 완충액에서 희석시키고 상온에서 2시간 배양하였다. 세척 완충액으로 3회 세척 후 뇌 조각을 피복 유리 슬라이드(coated glass slide)에 부착시키고 ProLong solution(ThermoFisher Sci.)에 마운트(mount)하였다. 이 슬라이드를 공초점 현미경(LSM 700 confocal microscope, Carl Zeiss, Jena, Germany)으로 관찰하고 형광 강도를 측정하였다.All mice were sacrificed and perfused intracardially with 10 mM cold PBS (phosphate-buffered saline) for 20 min and perfused with 4% PFA (paraformaldehyde). The mouse brain was quickly removed, immersed in a tube containing the same fixative at 4 占 폚 for 1 day, and frozen for 3 days in PBS containing 30% sucrose. The brain was then frozen in dry ice powder and stored at -80 ° C until the experiment. Coronal sections (30 μm thick) were cut through the frontal cortex using a cryostat (Leica CM1850, Wetzlar, Germany) to prepare serial sections. Well plate (Falcon, Becton Dickinson Labware SA, Le Pont-de-Claix, France) containing 1 ml of tissue stock solution (glycerol and ethylene glycol in 200 mM phosphate buffer) The sections were collected. The tissue sections of each mouse were subjected to a free-floating technique. The sections were immersed in blocking buffer (10% horse serum and 0.3% Triton X-100 in PBS) for 1 hour at room temperature. (1: 100 dilution), an anti-nNOS antibody (1: 100; Novus, Littleton, CO), anti-p35 / p25 antibody : 100 dilution). The sections were then rinsed three times for 10 minutes with wash buffer (1.5% horse serum and 0.1% Triton X-100 in PBS). Secondary antibodies conjugated with Alexa488 or Alexa594 (ThermoFisher Sci., Waltham, Mass.) Were diluted in blocking buffer and incubated at room temperature for 2 hours. After washing three times with wash buffer, brain slices were attached to a coated glass slide and mounted on a ProLong solution (ThermoFisher Sci.). The slides were observed with a confocal microscope (LSM 700 confocal microscope, Carl Zeiss, Jena, Germany) and the fluorescence intensity was measured.

(11) ROS(reactive oxygen species) 레벨 측정(11) ROS (reactive oxygen species) level measurement

뇌 조직에서 ROS 레벨 측정을 위해 이전에 알려진 방법(비특허문헌 22 참조)을 참고하여 DHE(dihydroethidium, 1mg/kg, Sigma-Aldrich Co.) 복강내 주입을 수행하였다. 간략히 설명하면, DMSO(dimethylsulfoxide)에서 DHE 스톡(1mg/㎖)을 만들고, DHE를 동일 부피의 살균 생리식염수에 첨가하고 희생 30분 전에 하복부에 주입하였다. 모든 동물을 희생시키고 PBS(pH 7.4)에서 차가운 4% PFA로 20분간 관류시켰다. 뇌 절편에 대해 공초점 현미경(LSM 700 confocal microscope, Carl Zeiss)으로 형광 이미지를 나타내었다.DHE (dihydroethidium, 1 mg / kg, Sigma-Aldrich Co.) intraperitoneal injection was performed according to a previously known method for measuring ROS levels in brain tissue (see non-patent reference 22). Briefly, DHE stock (1 mg / ml) was made in DMSO (dimethylsulfoxide) and DHE was added to the same volume of sterile physiological saline and injected into the lower abdomen 30 min before sacrifice. All animals were sacrificed and perfused with cold 4% PFA in PBS (pH 7.4) for 20 min. Fluorescence images were displayed on a confocal microscope (LSM 700 confocal microscope, Carl Zeiss) for brain slices.

(12) 투과 전자현미경(Transmission electron microscopy) 관찰(12) Transmission electron microscopy observation

5×FAD 마우스 또는 대조군으로부터 대뇌 피질(cerebral cortices)을 절개한 후 각 샘플을 0.1M PB(phosphate buffer, pH 7.4)에서 2% 글루타르알데히드-파라포름알데히드(glutaraldehyde-paraformaldehyde)로 2시간 고정시키고, 0.1M PB에서 30분간 3회 세척하였다. 샘플들을 0.1M PB에 용해된 1% OsO4로 2시간 후고정시키고, 에탄올을 점진적으로 증가(50~100%)시켜 건조 및 프로필렌 옥사이드로 침윤시켰다. 표본은 키트(Poly/Bed 812, Polysciences Inc., Warrington, PA)를 이용하여 임베드시켰다. 순수한 레진으로 임베드 및 전자현미경 오븐(electron microscope oven, TD-700, DOSAKA, Kyoto, Japan)에서 24시간 60℃로 중합 후 광학현미경 관찰을 위해 350nm 두께 절편을 톨루이딘 블루(toluidine blue)로 염색하였다. 대비 염색을 위해 70nm의 얇은 절편을 7% 우라닐 아세테이트(uranyl acetate) 및 시트르산납(lead citrate)으로 20분간 이중 염색하였다. 이 절편을 마이크로톰(LEICA Ultracut UCT Ultra-microtome, Leica Microsystems, Austria)으로 절단하였다. 모든 얇은 절편을 투과 전자현미경(JEM-1011, JEOL, Tokyo, Japan)으로 관찰하였다.Cerebral cortices were dissected from the 5 × FAD mouse or control and each sample was fixed with 2% glutaraldehyde-paraformaldehyde in 0.1 M PB (phosphate buffer, pH 7.4) , And washed three times in 0.1 M PB for 30 minutes. The samples were fixed after 2 hours with 1% OsO 4 dissolved in 0.1 M PB, and the ethanol was gradually increased (50-100%) and dried and infiltrated with propylene oxide. Specimens were embedded using a kit (Poly / Bed 812, Polysciences Inc., Warrington, Pa.). After polymerization at 60 ° C for 24 hours in an embedding and electron microscope oven (TD-700, DOSAKA, Kyoto, Japan) with a pure resin, 350 nm thick sections were stained with toluidine blue for optical microscopy. For contrast staining, thin sections of 70 nm were double-stained with 7% uranyl acetate and lead citrate for 20 min. The sections were cut with a microtome (LEICA Ultracut UCT Ultra-microtome, Leica Microsystems, Austria). All thin sections were observed with a transmission electron microscope (JEM-1011, JEOL, Tokyo, Japan).

(13) 통계 분석(13) Statistical analysis

모든 결과는 평균±표준편차(means±standard deviation; SD)로 나타내었다(n은 실험 횟수). 유의적 차이는 두 지점에 대한 Student's t test를 이용하여 확인되었고, P<0.05인 경우 통계적인 유의성이 있는 것으로 판정하였다.All results are expressed as means ± standard deviation (SD) ( n is the number of experiments). Significant differences were identified using Student's t test for two points, and statistical significance was determined for P <0.05.

5×FAD 마우스의 5x FAD mouse 전두Forehead 피질에서의 시냅스 수 및 시냅스  Synaptic numbers and synapses in the cortex 마커Marker 발현의 미변화 Unchanged expression

최근 6월령 5×FAD 마우스가 장소/공간 트레이닝(place/spatial training)에 장애와 전두 피질에서 아밀로이드 β 단백질(amyloid β proteins)의 증가된 축적을 보이는 것이 보고된 바 있다(비특허문헌 23 참조). 이러한 결과는 관찰된 인지 저하가 5×FAD 마우스의 전두에서 손상된 시냅스 수 및/또는 구조 일체성(structural integrity)에 원인이 된다는 것을 나타낸다. 따라서 최근 연구에서 본 발명자는 5×FAD 마우스의 전두 피질에서 시냅스 수가 낮아지는지 처음으로 검토하였다. 도 1a에 나타낸 바와 같이, 5×FAD 마우스에서 시냅스 수가 감소하는 경향을 보임에도 불구하고 시냅스 수의 차이는 유의적이지 않았다(P = 0.096). 더욱이 생화학적 분석은 시냅토파이신 및 PSD95를 포함한 전- 및 후-시냅스 마커 단백질(pre- and post-synaptic marker proteins)의 발현이 2월령에서 뿐 아니라 6월령의 대조군에 비해 5×FAD 마우스에서 변화되지 않았다(도 1b 참조). 이러한 결과는 6월령 5×FAD 마우스에서 손상된 인지 기능이 명시적인 구조 변화에 앞서 뉴런의 기능적 무결성의 변형에 의한 것일 수 있다는 것을 나타낸다. 도 1a에서 5×FAD 마우스의 전두 피질 및 대조군에서의 시냅스 수는 10,000× 배율에서 10회 랜덤으로 선택하여 계수되었고, 그래프는 시냅스 수의 차이를 정량하여 나타내었다. 또한 도 1b에서 시냅토파이신 발현 또는 β-액틴에 대한 PSD95 정량에 덴시토메트리(densitometry)가 사용되었고, 그래프는 대조군에 대한 평균 배수 변화를 나타내었고(n=4), 블롯은 최소 4회 실험 중 대표적인 것을 나타내었다.Recent 6-month-old 5 × FAD mice have been reported to exhibit increased accumulation of amyloid β proteins in disorders of the place / spatial training and in the frontal cortex (see non-patent reference 23) . These results indicate that the observed cognitive decline is responsible for the number of damaged synapses and / or structural integrity in the front of 5x FAD mice. Thus, in a recent study, the present inventors first examined whether the synaptic number in the frontal cortex of a 5x FAD mouse is lowered. As shown in FIG. 1A, the difference in synapse number was not significant ( P = 0.096) even though the number of synapses tended to decrease in the 5x FAD mouse. Furthermore, biochemical analysis revealed that the expression of pre- and post-synaptic marker proteins including synaptophysin and PSD95 was significantly reduced in 5 × FAD mice compared to control at 6 months of age as well as at 2 months (See FIG. 1B). These results indicate that impaired cognitive function in 6-month-old 5 × FAD mice may be due to a modification of the functional integrity of neurons prior to explicit structural changes. In FIG. 1A, the number of synapses in the frontal cortex and the control group of the 5 × FAD mouse was counted randomly at ten times at 10,000 × magnification, and the graph shows the difference in the number of synapses. In addition, densitometry was used for synaptophysin expression or PSD95 quantitation for beta -actin in Figure 1b, and the graph showed an average multiple change for the control (n = 4) Representative examples of the experiment are shown.

nNOSnNOS 이합체화의 붕괴 및 5×FAD 마우스  Decomposition of dimerization and 5x FAD mouse 전두Forehead 피질에서의  Cortical ROSROS 생성 증가 Increase production

다음으로, 세포내 신호 경로가 관찰된 인지 장애에 관련된 것인지의 확인이 시도된 바 있다(비특허문헌 23 참조). 이전에, nNOS는 시냅스 가소성 및 기억 형성 뿐 아니라 AD 발명 억제에 중요한 역할을 수행하는 것으로 보고된 바 있다(비특허문헌 15, 16, 17 및 24 참조). 더욱이 NOS 이합체화가 정상 효소 기능에 필수적이고(비특허문헌 14 참조), 노령 마우스의 혈관에서 eNOS 이합체화는 붕괴되고 ROS 생성이 증가되어 고혈압 및 죽상경화증(atherosclerosis)을 포함한 혈관 질환에 원인이 되는 것으로 보고된 바 있다(비특허문헌 19 참조). 이는 NOS 이합체가 붕괴되면 각 단량체가 NO 대신 슈퍼옥사이드를 포함한 ROS를 생성하기 때문이다(비특허문헌 14 참조). 따라서 본 발명에서는 6월령 5×FAD 마우스의 전두 피질에서 nNOS 이합체화 상태를 검토하고 nNOS 이합체화가 붕괴되었음을 명확히 확인하였다: 이합체화 레벨은 전체 nNOS 발현의 변화 없이 대조군에 비해 50% 이하였고, 상반되게 단량체는 대조군에 비해 2.7배까지 증가하였다(도 2a 참조). 6월령 5×FAD 마우스에 반해, 2월령 5×FAD 마우스에서는 nNOS 이합체화가 변하지 않았다. 다음으로, 본 발명에서는 다른 동형 단백질, 특히 iNOS에 의해 생성되지 않는 nNOS-유래 NO의 명확한 측정이 실험적으로 어렵기 때문에 5×FAD 피질에서 ROS 생성 레벨을 검토하였다. 도 2b에 나타낸 바와 같이, ROS 생성은 5×FAD 마우스의 전두 피질에서 유의적으로 높았고, 증가된 ROS는 뉴런에서 상당한 것으로 확인되어(화살표 참조), 붕괴된 nNOS가 5×FAD 마우스에서 병리학상 역할을 수행하는 것으로 나타났다. 도 2a에서 전체 nNOS 발현은 웨스턴 블롯 분석을 이용하여 측정되었고, 전체 nNOS에 대한 nNOS 이합체 정량에 덴시토메트리가 사용되었고, 그래프는 대조군에 대한 평균 배수 변화를 나타내었고(n=4), 블롯은 최소 4회 실험 중 대표적인 것을 나타내었다. 또한 도 2b에서 형광 공초점 사진은 최소 4회 실험 중 대표적인 것을 나타내었다.Next, it has been attempted to confirm whether the intracellular signal pathway is related to the observed cognitive disorder (see Non-Patent Document 23). Previously, nNOS has been reported to play an important role in synaptic plasticity and memory formation as well as inhibition of the AD invention (see Non-Patent Documents 15, 16, 17 and 24). Furthermore, NOS dimerization is essential for normal enzyme function (see non-patent reference 14), eNOS dimerization in the blood vessels of older mice is disrupted and ROS production is increased, leading to vascular disease including hypertension and atherosclerosis (See Non-Patent Document 19). This is because when the NOS dimer collapses, each monomer produces ROS including superoxide instead of NO (see Non-Patent Document 14). Thus, in the present invention, we examined nNOS dimerization status in the frontal cortex of 6-month-old 5x FAD mice and clearly confirmed that nNOS dimerization was disrupted: the level of dimerization was less than 50% of that of the control group without change in total nNOS expression, The monomer was increased up to 2.7 times as compared to the control (see Fig. 2a). In contrast to 6 month old 5 × FAD mice, nNOS dimerization did not change in 2 month old 5 × FAD mice. Next, in the present invention, the level of ROS production in the 5x FAD cortex was examined because it is experimentally difficult to clearly determine the nNOS-derived NO that is not produced by other homologous proteins, particularly iNOS. As shown in FIG. 2B, ROS production was significantly higher in the frontal cortex of the 5x FAD mouse, and increased ROS was found to be significant in neurons (see arrow), indicating that the degraded nNOS plays a pathological role in 5x FAD mice In the study. In Figure 2a, total nNOS expression was measured using western blot analysis, dNTPs were used for quantification of nNOS duplexes for total nNOS, and graphs showed mean multiple changes for control (n = 4) At least four of the experiments were representative. Also, the fluorescence confocal photograph in FIG. 2B is representative of at least four experiments.

확산된Diffused 세포질 구획(diffuse  Cytoplasmic compartment cytosoliccytosolic compartment)으로부터 원형질 막(plasma membrane)으로의  compartment to the plasma membrane CDK5CDK5 세포내Intracellular 위치 이동 및 5×FAD 마우스의  Position shifting and 5x FAD mouse 전두Forehead 피질에서  In the cortex p25p25 단백질이 레벨 증가로 인한  Due to the increased level of protein nNOSnNOS 의 동시 국소화(Simultaneous localization of colocalizationcolocalization ))

6월령 5×FAD 마우스의 전두 피질에서의 아밀로이드 β 축적이 증가되는 것이 보고된 바 있다(비특허문헌 23 참조). 축적된 아밀로이드 β 또한 세포내 신호 경로를 자극하고 p25와 관련성이 증가되어 CDK5의 활성화를 기인한다고 알려져 있다(비특허문헌 11 참조). 따라서 본 발명에서는 5×FAD 마우스의 전두 피질에서 관찰된 nNOS 이합체의 감소된 레벨에서 CDK5의 역할에 대해 연구하였다. 5×FAD 마우스의 피질에서 전체 CDK5 발현에 눈에 띄는 변화는 발견되지 않았으나(도 3a 및 3b 참조), IHC 결과, CDK5의 세포내 위치가 핵 및 세포체를 통해 확산 분포(diffuse distribution)로부터 세포질 막(cytoplasmic membrane)으로 변이되는 것으로 나타났다(도 3a 참조). 반면 2월령 5×FAD 마우스에서는 변화되지 않았고, p25 발현은 6월령 5×FAD 마우스의 전두 피질에서 대조군에 비해 2배까지 증가되었고(도 3c 및 3d 참조), 이는 AD 발병에 있어 CDK5 및 그의 활성화 인자인 p25의 역할임을 나타낸다. 마지막으로 본 발명에서는 IHC를 이용하여 nNOS 및 p25의 위치를 검토하였다. 도 3e에 나타낸 바와 같이, nNOS가 5×FAD 마우스의 전두 피질의 세포체 및 세포질 막에서 검지되었다. 더욱이 nNOS 단백질은 5×FAD 피질에서 p25 단백질 레벨 증가에 따라 상당히 동시 국소화되었다(도 3e 참조). 이러한 결과는 증가된 p25가 그의 상당한 키나아제인 CDK5를 구성 및 활성화시킴으로써 이합체화 상태를 포함한 nNOS 활성에 영향을 주는 것을 나타낸다. 도 3b 및 3d에서 IHC 염색은 최소 4회 실험 중 대표적인 것을 나타내었다. 또한 p35에 대한 p25 또는 β-액틴에 대한 CDK5의 발현 정량에 덴시토메트리가 사용되었고, 그래프는 대조군에 대한 평균 배수 변화를 나타내었고(n=4), 블롯은 최소 4회 실험 중 대표적인 것을 나타내었다. It has been reported that amyloid beta accumulation in the frontal cortex of 6-month-old 5x FAD mice is increased (see non-patent document 23). Accumulated amyloid beta also stimulates intracellular signaling pathways and is known to be associated with p25, resulting in activation of CDK5 (see non-patent document 11). Thus, the present invention explores the role of CDK5 in reduced levels of nNOS dimers observed in the frontal cortex of 5x FAD mice. No noticeable changes in the overall CDK5 expression in the cortex of the 5x FAD mouse were found (see Figures 3a and 3b), but the IHC results suggest that the intracellular location of CDK5 diffuses from the diffuse distribution through the nucleus and the cell body, cytoplasmic membrane "(see FIG. 3A). In contrast, p25 expression was increased in the frontal cortex of the 6-month-old 5x FAD mouse by 2-fold compared to the control (see Figures 3c and 3d), indicating that CDK5 and its activation It is a role of the argument p25. Finally, in the present invention, the positions of nNOS and p25 were examined using IHC. As shown in FIG. 3E, nNOS was detected in cell bodies and cytoplasmic membranes of the frontal cortex of 5x FAD mice. Moreover, the nNOS protein was fairly co-localized with increasing levels of p25 protein in the 5x FAD cortex (see Figure 3e). These results indicate that increased p25 affects nNOS activity, including dimerization state, by constituting and activating its significant kinase, CDK5. In Figures 3b and 3d, IHC staining was representative of at least four experiments. In addition, densitometry was used to quantify the expression of CDK5 on p35 or p-actin on p35, and the graph showed a mean multiple change (n = 4) relative to the control, and the blots were representative of at least 4 experiments .

CDK5CDK5 의 체외(Of in vitro ( in vitroin vitro ) GSP() GSP ( glycineglycine -- serineserine -- prolineproline ) 모티프에서 ) In the motif nNOSnNOS -- SerSer 293293 인산화 및  Phosphorylation and nNOSnNOS -- SerSer 293293 돌연변이의  Mutant nNOSnNOS 이합체화 붕괴 Dimerization collapse

N-말단 후크(N-terminal hooks) 및 Zn-루프(Zn-loops)를 포함한 N-말단 서열이 nNOS 이합체화 및 정상 NO 생성에 중요한 역할을 수행하는 것으로 알려져 있고(비특허문헌 18 참조), 본 발명에서는 5×FAD 마우스의 전두 피질에서 nNOS 이합체의 붕괴에 있어 CDK5의 역할을 제시한다. 더욱이 CDK5는 CMGC 키나아제 상과(superfamily)의 하나로 분류되며, 여기서 CMGC는 CDK, 미토겐-황성화 단백질 키나아제(mitogen-activated protein kinases), 글리코겐 합성효소 키나아제(glycogen synthase kinases) 및 CDK-유사 키나아제(CDK-like kinase)를 나타낸다(비특허문헌 25 참조). CDK5를 포함한 CMGC 키나아제는 XS/TP 서열에서 S/T를 인식 및 인산화하고, 여기서 X는 임의의 아미노산을 나타낸다(비특허문헌 21 및 25 참조). 이러한 사실에 기초하여 본 발명에서는 nNOS의 N-말단에서 XS/TP 서열을 찾고자 하였다. 비교 정렬을 위해 NPS@(Network Protein Sequence Analysis, Combet et al., 2000)를 사용하여 쥐의 nNOS, eNOS 및 iNOS 단백질 서열에서의 유사성 및 상이성을 분석하였다. 도 4a에 나타낸 바와 같이, 쥐의 nNOS의 N-말단 후크의 상향에 위치한 Ser293에서 eNOS 및 iNOS에는 존재하지 않는 새로운 GSP 모티프를 확인하였다. 더욱이 nNOS에서 GSP 모티프는 모든 종에 걸쳐 잘 보존되었고(도 4a 참조), nNOS 이합체화에서의 역할을 의미한다. 다음으로, 본 발명에서는 CDK5가 GSP 모티프에서 nNOS-Ser293을 인산화할 수 있는지 예측하기 위해 모티프 스캔(http://scansite3.mit.edu)을 이용하여 또 다른 인 실리코 분석을 수행하였다. 도 4b에 나타낸 바와 같이, 모티프 스캔은 CDK5가 N-말단에 위치한 네 개의 모티프 서열 중 가장 높은 확률로 nNOS-Ser293을 인산화할 수 있는 것으로 예측하였다. 인 실리코 분석 예측에 기초하여 본 발명에서는 이러한 가능성을 실험적으로 테스트를 시도하였다. 실험을 위해 먼저 쥐의 nNOS-Ser293에 대한 두 개의 돌연변이체로서 nNOS-S293D(인산화를 흉내내는(phosphomimetic) 형태) 및 nNOS-S293A(중성 형태)를 만들었다. 도 4c에 나타낸 바와 같이, 체외 인산화 분석은 CDK5/p25가 nNOS-Ser293을 확실히 인산화한다는 것을 명확히 보여주었다. 인 실리코 분석이 전체 nNOS 서열에서 CDK5 기질에 대한 적어도 9개 모티프 서열을 예측하였으나, nNOS-S293A 돌연변이에 대한 CDK5/p25-매개 인산화는 WT-nNOS에 비해 50% 이하로 감소되었으며(도 4c 참조), GSP 모티프에서 nNOS-Ser293이 적어도 체외에서 CDK5에 대한 주요 기질 잔기 중 하나인 것을 나타낸다. 다음으로, 본 발명에서는 쥐의 nNOS-Ser293이 nNOS 이합체화 조절에 상당한 역할을 하는 것인지 검토하였다. 이를 설명하기 위해 돌연변이 구조를 eNOS 조절에 요구되는 세포 기구를 갖춘 BAEC에 감염시키고, nNOS 이합체화를 평가하기 위해 LT-PAGE를 수행하였다. 도 4d에 나타낸 바와 같이, nNOS-S293D 또는 nNOS-S293A의 nNOS 이합체화는 WT-nNOS 대조군에 비해 50%까지 감소되었고, 반면 이들 돌연변이의 단량체는 WT-nNOS 대조군에 비해 3배까지 증가되었다. 더욱이 nNOS 이합체화의 붕괴와 유사하게 nNOS-S293D 또는 nNOS-S293A의 NO 생성은 WT-nNOS 대조군에 비해 50%까지 감소도었다(도 4e 참조). 이러한 결과는 nNOS의 Ser293에서 인산화를 포함한 어떠한 변형이 nNOS 이합체 형성을 붕괴시키고 그 결과 NO 생성을 감소시키는 것을 나타낸다. 도 4c에서 형질도입된 FLAG-태그 nNOS의 발현은 웨스턴 블롯 분석을 이용하여 측정되었고, 전체 nNOS에 대한 각 nNOS에 포함된 방사성 32P의 광학 밀도 정량에 덴시토메트리가 사용되었고, 그래프는 벡터 대조군에 대한 평균 배수 변화를 나타내었고(n=4), 오토라디오그램 및 블롯은 최소 4회 실험 중 대표적인 것을 나타내었다. 또한 도 4d에서 형질도입된 FLAG-태그 nNOS의 발현은 웨스턴 블롯 분석을 이용하여 측정되었고, 전체 nNOS에 대한 nNOS 이합체 또는 단량체 정량에 덴시토메트리가 사용되었고, 그래프는 WT에 대한 평균 배수 변화를 나타내었고(n=4), 블롯은 최소 4회 실험 중 대표적인 것을 나타내었다. 또한 도 4e에서 형질도입된 FLAG-태그 nNOS의 발현은 웨스턴 블롯 분석을 이용하여 측정되었고, 그래프는 WT에 대한 NO 축적을 평균 배수 변화로 나타내었고(n=4), 블롯은 최소 4회 실험 중 대표적인 것을 나타내었다.It is known that N-terminal sequences including N-terminal hooks and Zn-loops play an important role in nNOS dimerization and normal NO production (see Non-Patent Document 18) The present invention suggests the role of CDK5 in the collapse of nNOS dimers in the frontal cortex of 5x FAD mice. Moreover, CDK5 is categorized as one of the CMGC kinase superfamily, wherein CMGC is a member of the CDK family, including CDK, mitogen-activated protein kinases, glycogen synthase kinases and CDK-like kinases CDK-like kinase) (see Non-Patent Document 25). CMGC kinase, including CDK5, recognizes and phosphorylates S / T in the XS / TP sequence, where X represents any amino acid (see Non-Patent Documents 21 and 25). Based on this fact, the present invention sought to find an XS / TP sequence at the N-terminus of nNOS. For comparative alignment, similarity and heterology in rat nNOS, eNOS and iNOS protein sequences were analyzed using NPS @ (Network Protein Sequence Analysis, Combet et al., 2000). As shown in Fig. 4A, a new GSP motif was found in Ser293 located upstream of the N-terminal hook of rat nNOS that is not present in eNOS and iNOS. Moreover, GSP motifs in nNOS are well conserved across all species (see FIG. 4A), which implies a role in nNOS dimerization. Next, in the present invention, another in silico analysis was performed using a motif scan (http://scansite3.mit.edu) to predict whether CDK5 could phosphorylate nNOS-Ser 293 in the GSP motif. As shown in Figure 4b, the motif scan predicted that CDK5 could phosphorylate nNOS-Ser 293 at the highest probability of the four motif sequences located at the N-terminus. Based on in silico analysis predictions, the present invention experimentally tested this possibility. For the experiments, nNOS-S293D (phosphomimetic form) and nNOS-S293A (neutral form) were made as two mutants for rat nNOS-Ser 293 . As shown in Figure 4c, the in vitro phosphorylation assay clearly showed that CDK5 / p25 definitely phosphorylates nNOS-Ser 293 . The in silico assay predicted at least 9 motif sequences for the CDK5 substrate in the entire nNOS sequence, but the CDK5 / p25-mediated phosphorylation for the nNOS-S293A mutation was reduced to less than 50% compared to WT-nNOS (see Figure 4c) , Indicating that nNOS-Ser 293 in the GSP motif is at least one of the major substrate residues for CDK5 in vitro. Next, in the present invention, it was examined whether rat nNOS-Ser 293 plays a significant role in the regulation of nNOS dimerization. To illustrate this, the mutant constructs were infected with BAEC with the cellular machinery required for eNOS regulation and LT-PAGE was performed to assess nNOS dimerization. As shown in FIG. 4d, the nNOS dimerization of nNOS-S293D or nNOS-S293A was reduced by 50% compared to the WT-nNOS control, while the monomers of these mutants were increased by 3-fold compared to the WT-nNOS control. Moreover, NO production of nNOS-S293D or nNOS-S293A was reduced by 50% compared to the WT-nNOS control, similar to the collapse of nNOS dimerization (see FIG. 4e). These results indicate that any modification, including phosphorylation, in Ser293 of nNOS disrupts nNOS dimer formation and consequently reduces NO production. The expression of FLAG-tagged nNOS transduced in Figure 4c was determined using western blot analysis and densitometry was used to quantify the optical density of radioactive 32 P contained in each nNOS to total nNOS, (N = 4), and autoradiograms and blots were representative of at least four experiments. In addition, the expression of FLAG-tagged nNOS transduced in Figure 4d was measured using Western blot analysis and nNOS duplexes for all nNOS or densitometry for monomer quantification were used and the graph shows the mean multiple change over WT (N = 4), and the blots were representative of at least 4 experiments. In addition, the expression of FLAG-tagged nNOS transduced in Figure 4e was measured using Western blot analysis, and the graph shows the NO accumulation to WT by mean multiple (n = 4), and the blot was tested at least 4 times Representative examples are shown.

확실한 증거로서 nNOS-유래 NO는 시냅스 가소성의 정확한 조절에 기여하고(비특허문헌 15 및 24 참조), AD 발병을 감소시킨다는 것이다(비특허문헌 17 참조). 붕괴된 NOS 단량체는 NO 대신 매우 유해한 ROS인 슈퍼옥사이드를 생성하기 때문에 NOS 호모다이머(homodimers)의 형성은 생리학적 NO 레벨 유지에 필요하다(비특허문헌 14 참조). 예컨대, eNOS 이합체화는 노령 마우스의 혈관에서 붕괴되어 내피 기능 장애 및 고혈압을 유발하는 것으로 보고되어 있다(비특허문헌 19 참조). 그러나 지금까지 nNOS 이합체화 및 AD와 같은 신경병성 질환(neurodegenerative diseases) 발병에 대한 영향에 관해서는 보고되지 않고 있다. 이 점에서 본 발명에 있어 가장 중요한 발견은 6월령 5×FAD 마우스의 피질에서의 전체 발현의 변화 없이 nNOS 이합체화가 감소되었다는 것이다(도 2a 참조). 더욱이 명확한 구조와 마우스에서 병리학적 손상이 없음을 입증하는 시냅스 수 및 시냅스 마커 단백질의 발현은 변화되지 않았다(도 1a 및 1b 참조. 이전의 연구에 따르면, 6월령 5×FAD 마우스는 신호가 주어진(cued) 및 장소/공간 수중 미로 실험(place/spatial water maze tasks) 모두에서 동등한 탈출 행동을 보인 반면, 5×FAD 마우스는 기호 실험에서 신호가 주어진 경우를 선호하는 것으로 볼 때, 신호된 인지의 명시적인 장애 없는 장소/공간 인지의 약한 장애임을 나타낸다(비특허문헌 23 참조). 따라서 본 발명에서는 AD 발병에서의 인지 기능의 약한 장애는 명백한 병리학적 소견 및 치매의 징후에 앞서 nNOS 이합체화의 붕괴에 기인됨을 제시한다. As a clear evidence, nNOS-derived NO contributes to the precise regulation of synaptic plasticity (see non-patent references 15 and 24) and reduces the incidence of AD (see non-patent document 17). The formation of NOS homodimers is necessary to maintain physiological NO levels because the collapsed NOS monomers generate superoxides that are very harmful ROS instead of NO (see Non-Patent Document 14). For example, eNOS dimerization has been reported to cause endothelial dysfunction and hypertension in the blood vessels of old mice (see Non-Patent Document 19). However, up to now there has been no report on the effects of nNOS dimerization and the onset of neurodegenerative diseases such as AD. In this respect, the most important finding in the present invention is that nNOS dimerization is reduced without changing the overall expression in the cortex of 6-month-old 5x FAD mice (see Fig. 2a). Furthermore, the expression of synaptic numbers and synaptic marker proteins, which demonstrate no clear structure and no pathological damage in the mouse, was unchanged (see Figures 1a and 1b. According to previous studies, 6 month old 5x FAD mice showed cued and place / spatial water maze tasks, whereas 5 × FAD mice prefer to be given a signal in the symbol experiment, the expression of the signaled cognition (See Non-Patent Document 23). Thus, the present invention suggests that a weak disorder of cognitive function in AD is caused by a disruption of nNOS dimerization prior to clear pathological signs and signs of dementia .

뉴런 세포에서 아밀로이드 β 단백질의 과도한 생성은 AD 발병에 기여한다(비특허문헌 1 참조). 아밀로이드 β 단백질이 증가하면 단백질은 세포막에 위치한 수용체에 접합되고 세포독성 캐스케이드(cytotoxic cascade)를 매개하여 뉴런 세포의 사멸을 야기한다(비특허문헌 1 참조). 많은 신호 전달인자(signal transducer) 중에서 CDK5는 AD 발병에 중심이 되고, 정상 결합 파트너(binding partner) p35의 분열로 생성되는 p25에 의한 이상 CDK5 활성화로 다양한 신경독 효과(neurotoxic effect)를 유발한다(비특허문헌 3, 5, 6, 12 및 13 참조). AD 발병에 있어 이러한 분자 매커니즘의 역할에 일치하여, 아밀로이드 β 단백질의 축적은 5×FAD 마우스의 전두 피질에서 증가된다고 보고된 바 있고(비특허문헌 23 참조), 본 발명에서는 5×FAD 마우스에서 p25의 발현이 증가됨을 명확히 보여주었다(도 3c 및 3d 참조). 더욱이 본 발명에서는 5×FAD 마우스 피질에서 증가된 p25 단백질이 플라즈마 막 및 세포질의 nNOS와 상당히 동시 국소화되고(도 3e 참조), CDK5의 세포내 국소화 또한 확산 세포질 발현으로부터 플라즈마 막으로 변이된다는 것을 확인하였다(도 3a 참조). p25의 증가는 CDK5를 특이적 세포내 구획으로 구성하고 이를 비정상적으로 활성화시켜 다양한 세포독 효과를 유발하는 것으로 잘 알려져 있다(비특허문헌 3, 5, 6, 12 및 13 참조). 따라서 본 발명에서는 5×FAD 마우스의 전두 피질에서 p25의 증가된 레벨이 또한 CDK5를 구성하고 이어서 nNOS를 인산화시켜 결국 nNOS 이합체화에 영향을 줄 수 있는 것으로 본다. 본 발명에서는 5×FAD 마우스에서 nNOS 이합체화가 붕괴됨을 보였고(도 2a 참조), 인 실리코 분석 및 체외 인산화 분석에서 nNOS-Ser293을 포함한 GSP 모티프가 활성 CDK5에 의해 실제 인산화되는 것을 밝혔다(도 4a 내지 4c 참조). 또한 세린 잔기의 인산화를 흉내내는 대체를 포함하는 nNOS-Ser293의 변형은 nNOS 이합체 형성을 저해하였다(도 4d 참조). 따라서 이러한 결과는 증가된 p25 단백질이 CDK5를 구성 및 이를 막에 접합시키는 가능성을 강하게 뒷받침하고, 비정상적으로 활성화된 CDK5는 nNOS-Ser293를 인산화시켜 nNOS 이합체가 붕괴되는 것을 보여준다.Excessive production of amyloid beta protein in neuronal cells contributes to the onset of AD (see Non-Patent Document 1). When the amyloid-beta protein increases, the protein binds to a receptor located in the cell membrane and mediates cytotoxic cascade, resulting in the death of neuronal cells (see Non-Patent Document 1). Of the many signal transducers, CDK5 is central to AD development and induces a variety of neurotoxic effects through the activation of abnormal CDK5 by p25 produced by the division of the normal binding partner (p35) See Patent Documents 3, 5, 6, 12 and 13). Consistent with the role of this molecular mechanism in the pathogenesis of AD, it has been reported that the accumulation of amyloid beta protein is increased in the frontal cortex of 5x FAD mice (see non-patent reference 23) (See Figures 3c and 3d). &Lt; / RTI &gt; Furthermore, in the present invention, it was confirmed that the increased p25 protein in the 5x FAD mouse cortex is highly localized with the plasma membrane and cytoplasmic nNOS (see Fig. 3e), and the intracellular localization of CDK5 also shifts from the diffusion cytosolic expression to the plasma membrane (See Fig. 3A). The increase in p25 is well known to constitute CDK5 as a specific intracellular compartment and abnormal activation thereof, resulting in various cytotoxic effects (see Non-Patent Documents 3, 5, 6, 12 and 13). Thus, the present invention sees that increased levels of p25 in the frontal cortex of 5x FAD mice also constitute CDK5 and subsequently phosphorylation of nNOS, which in turn may affect nNOS dimerization. In the present invention, nNOS dimerization was disrupted in 5x FAD mice (see Fig. 2a), and in the silico analysis and in vitro phosphorylation assay, GSP motifs including nNOS-Ser 293 were shown to be actually phosphorylated by active CDK5 4c). Also, modification of nNOS-Ser 293 , including substitution mimicking phosphorylation of serine residues, inhibited nNOS dimer formation (see FIG. 4d). Thus, these results strongly support the possibility that the increased p25 protein constitutes and binds CDK5 and that the abnormally activated CDK5 phosphorylates nNOS-Ser 293 , resulting in the collapse of the nNOS dimer.

nNOS에서 N-말단 선도 서열, N-말단 후크 및 Zn-루프 서열을 포함한 N-말단 모티프가 이합체화에 매우 중요한 것으로 보고되었다(비특허문헌 18 참조). 비교할만한 서열 상동 관계에 있는 동형 단백질이 있으나, nNOS는 다른 동형 단백질과 다른 독특한 추가 N-말단 서열을 가지고 있다. eNOS 및 iNOS와 달리 이러한 서열에서 결실 및/또는 점 돌연변이는 nNOS 이합체화에 영향을 주는 것으로 잘 알려져 있다(비특허문헌 18, 26 및 27 참조). 이와 관련하여 본 발명에서는 인 실리코 분석을 이용하여 흥미로운 결과를 확인하였다. 본 발명에서는 nNOS에서 모든 종에 걸쳐 잘 보존된 새로운 GSP 모티프를 확인하였고, 이는 eNOS 및 iNOS에서는 완전히 결실되었다(도 4a 참조). 흥미롭게도 GSP 모티프는 N-말단 후크 서열에 매우 앞서 위치해 있다(도 4a 참조). 이러한 사실들에 기초하면 GSP 모티프에서 nNOS-Ser293은 nNOS 이합체 형성에 기여할 것으로 예상된다. 본 발명에서 잔기의 변형이 nNOS 이합체화를 붕괴시키는 것을 보인 것은 이러한 가능성을 더욱 뒷받침한다.N-terminal motifs including N-terminal lead sequences, N-terminal hooks and Zn-loop sequences in nNOS have been reported to be very important for duplexing (see non-patent document 18). There are homologous homologous proteins in comparable sequence, but nNOS has a unique additional N-terminal sequence that is different from other homologous proteins. Unlike eNOS and iNOS, deletion and / or point mutations in these sequences are well known to affect nNOS dimerization (see non-patent references 18, 26 and 27). In this regard, the present invention uses silicic acid analysis to confirm interesting results. In the present invention, a new GSP motif that was well conserved across all species was identified in nNOS, which was completely deleted in eNOS and iNOS (see FIG. 4A). Interestingly, the GSP motif is located very early in the N-terminal hook sequence (see FIG. 4A). Based on these facts, nNOS-Ser 293 is expected to contribute to nNOS dimer formation in GSP motifs. It is further supported by this possibility that the modification of the residue in the present invention disrupts the nNOS dimerization.

절편 배양을 이용한 실험에서 nNOS의 활성화는 낮은 레벨의 NO를 생성하고, 이는 허혈성 뇌(ischemic brains)에 큰 신경보호적 효과를 가진다(비특허문헌 28 참조). 반면, 뉴런 및 성상세포(astrocytes)에서 nNOS로부터 생리학적 NO 생성은 성상세포 및 소교세포(microglia)의 활성을 억제하여 항염증성 활성을 갖고(비특허문헌 29 참조), 만성 nNOS 억제는 생체내에서(in vivo) 염증성 신경퇴화(inflammatory neurodegeneration)를 촉진(비특허문헌 16 참조)시키는 것으로 보고되어 있다. 그에 반해서, ROS로 유발된 신경 산화적 스트레스(neuronal oxidative stress)는 AD 발병에 확실히 기여하고 AD 발명에 있어 초기 이벤트로 알려져 있다(비특허문헌 30 내지 33 참조). 더욱이 ROS 생성 증가는 Aβ 생성의 극심한 사이클을 촉발하는 β-세크레타아제(β-secretase)와 같은 효소를 프로세싱하는 아밀로이드 전구체 단백질을 활성화시켜 Aβ 생성을 악화시키는 것으로 보고되어 있다(비특허문헌 30 및 34 참조). 붕괴된 NOS 단량체는 NO 대신 슈퍼옥사이드를 생성하는 것으로 잘 알려져 있다(비특허문헌 14 참조). 이와 일치하여, 본 발명에서는 5×FAD 마우스에서 nNOS 단량체 및 ROS 생성 레벨이 증가되고(도 2 참조), nNOS-S293D 또는 nNOS-S293A의 nNOS 이합체화 및 NO 생성이 감소되는 것을 명확히 보여주었다(도 4c 및 4e 참조). 이러한 결과로 볼 때, AD 진행, nNOS-Ser293의 CDK5-유도 인산화와 같은 신경병성 질환은 nNOS 단량체 증가로 이어지고, NO 대신 슈퍼옥사이드를 포함한 ROS 생성을 촉진시킨다는 것은 타당한 것으로 보인다. 결과적으로, 증가된 ROS는 많은 세포 구성체를 손상시키고 시냅스 보전의 손상을 유발하여 결국 신경퇴행으로 이어지는 심각한 사이클이 개시되도록 한다. 이 가설은 명백한 치매 이전에 약한 인지 장애 및 기억 손상이 발생되는지 설명할 수 있다.Activation of nNOS in experiments using slice cultures produces low levels of NO, which has a large neuroprotective effect on ischemic brains (see non-patent reference 28). On the other hand, physiological NO production from nNOS in neurons and astrocytes has anti-inflammatory activity by inhibiting the activity of astrocytes and microglia (see Non-Patent Document 29), and chronic nNOS inhibition is inhibited in vivo (see non-patent reference 16) in vivo in inflammatory neurodegeneration. On the other hand, neuronal oxidative stress induced by ROS certainly contributes to the onset of AD and is known as an early event in the AD invention (see Non-Patent Documents 30 to 33). Furthermore, it has been reported that increased ROS production activates amyloid precursor proteins that process enzymes such as [beta] -secretase, which trigger an extreme cycle of A [beta] production, to worsen A [beta] production 34). The collapsed NOS monomer is well known to produce superoxide instead of NO (see Non-Patent Document 14). Consistent with this, it has been shown clearly in the present invention that nNOS monomer and ROS production levels are increased in 5x FAD mice (see Figure 2) and nNOS dimerization and NO production of nNOS-S293D or nNOS-S293A is reduced 4c and 4e). These results suggest that neurodegenerative diseases such as AD progression, CDK5-induced phosphorylation of nNOS-Ser 293 lead to an increase in nNOS monomers and promote the production of ROS, including superoxide, instead of NO. As a result, increased ROS can damage many cellular constituents and cause damage to synaptic integrity, eventually leading to the initiation of a severe cycle leading to neurodegeneration. This hypothesis can explain whether weak cognitive impairment and memory impairment occurs before apparent dementia.

결론적으로, 본 발명은 5×FAD 마우스 피질에서 nNOS 이합체화 레벨 감소를 처음으로 최초로 밝히고 있다. 나아가 본 발명에서는 nNOS-Ser293에서의 새로운 조절 모티프 서열을 규명하였고, 이는 모든 종에 걸쳐 잘 보존되었고, CDK5에 의해 인산화되며, nNOS 이합체화 및 NO 생성에 관여하였다. 이러한 결과는 AD와 같은 nNOS에 관련된 신경퇴행성 질환의 발병의 진단이나 예후를 예측하는데 기여할 수 있다(도 5 참조).In conclusion, the present invention is the first to disclose the reduction of nNOS dimerization levels in the 5x FAD mouse cortex. Further, the present invention identified novel regulatory motif sequences in nNOS-Ser 293 , which were well conserved across all species, phosphorylated by CDK5, and involved in nNOS dimerization and NO production. These results can contribute to prediction of the diagnosis or prognosis of neurodegenerative diseases associated with nNOS such as AD (see FIG. 5).

이하에서는 본 발명에 따른 nNOS(neuronal nitric oxide synthase)의 세린(serine) 293번 잔기를 인산화하는 CDK5(cyclin-dependent kinase 5) 저해물질로서 로스코비틴을 유효성분으로 함유하는 퇴행성 뇌질환 예방 또는 치료용 약학 조성물의 적용 제제예를 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a CDK5 (cyclin-dependent kinase 5) inhibitor which phosphorylates a serine 293 residue of nNOS (neuronal nitric oxide synthase) according to the present invention is used as a preventive or therapeutic agent for degenerative brain diseases containing roscovitine as an active ingredient The application form of the pharmaceutical composition will be described, but is not limited thereto.

제제예 1: 산제 제조Formulation Example 1: Powder preparation

하기 표 1에서는 로스코비틴을 유효성분으로 함유하는 산제 조성을 예시하고 있다. 산제는 하기 성분들을 혼합하고 기밀포에 충진하여 제조될 수 있다.Table 1 below shows an acid composition containing roscovitine as an active ingredient. Powders can be prepared by mixing the following ingredients and filling the airtight container.

Figure pat00001
Figure pat00001

제제예 2: 정제 제조Formulation Example 2: Preparation of tablets

하기 표 2에서는 로스코비틴을 유효성분으로 함유하는 정제 조성을 예시하고 있다. 정제는 하기 성분들을 혼합한 후 통상의 정제 제조방법에 따라 타정하여 제조될 수 있다.Table 2 below shows a tablet composition containing roscovitine as an active ingredient. The tablet may be prepared by mixing the following ingredients and then tableting according to a conventional tablet preparation method.

Figure pat00002
Figure pat00002

제제예 3: 캅셀제 제조Formulation Example 3: Capsule preparation

하기 표 3에서는 로스코비틴을 유효성분으로 함유하는 캅셀제 조성을 예시하고 있다. 캅셀제는 통상의 캅셀제 제조방법에 따라 하기 성분들을 혼합하고 젤라틴 캡슐에 충전하여 제조될 수 있다.Table 3 below illustrates the composition of capsules containing roscovitine as an active ingredient. The capsules may be prepared by mixing the following ingredients according to the conventional method for preparing a capsule, and filling the capsules with gelatin.

Figure pat00003
Figure pat00003

제제예 4: 주사제 제조Formulation Example 4: Injection preparation

하기 표 4에서는 로스코비틴을 유효성분으로 함유하는 주사제 조성을 예시하고 있다. 주사제는 통상의 주사제 제조방법에 따라 1앰플당(2㎖) 하기 성분 함량으로 제조될 수 있다.Table 4 below shows the composition of injections containing roscovitine as an active ingredient. The injectable preparation can be prepared in the following ingredient contents per ampoule (2 ml) according to the usual injection preparation method.

Figure pat00004
Figure pat00004

제제예 5: 액제 제조Formulation Example 5: Liquid preparation

하기 표 5에서는 로스코비틴을 유효성분으로 함유하는 액제 조성을 예시하고 있다. 액제는 통상의 액제 제조방법에 따라 정제수에 각각의 하기 성분들을 가하여 용해시키고 레몬향을 적량 가한 후 하기 성분들을 혼합한 다음 정제수를 가하여 전체 100㎖로 조절한 후 갈색병에 충진 및 멸균시켜 제조될 수 있다.Table 5 below shows the composition of the liquid containing roscovitine as an active ingredient. The liquid preparation is prepared by adding and dissolving each of the following ingredients in purified water according to a conventional liquid preparation method, mixing the following components after adding a proper amount of lemon flavor, adding purified water to adjust the total volume to 100 ml, filling and sterilizing in a brown bottle .

Figure pat00005
Figure pat00005

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Accordingly, the scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning, range, and equivalence of the claims are included in the scope of the present invention Should be interpreted.

Claims (2)

퇴행성 뇌질환 진단 또는 예후 예측에 필요한 정보를 제공하기 위하여, 환자의 뇌 조직 중 nNOS(neuronal nitric oxide synthase)의 이합체화(dimerization) 붕괴여부를 검출하는 방법.A method for detecting the collapse of dimerization of neuronal nitric oxide synthase (nNOS) in a brain tissue of a patient to provide information necessary for diagnosis or prognosis prediction of degenerative brain disease. 제1항에 있어서, 상기 nNOS의 이합체화 붕괴 여부는 LT-PAGE(low-temperature SDS-PAGE)를 이용하여 검출하는 것을 특징으로 하는 방법. The method according to claim 1, wherein the degradation of the dimerization of the nNOS is detected using LT-PAGE (low-temperature SDS-PAGE).
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