KR20180112649A - Pharmaceutical composition for neurodegenerative brain disease and screening method for the same - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injuries, which contains a modulator for increasing the expression or activity of calcineurin. The present invention also provides a screening method of a treatment agent for traumatic brain injuries and neurodegenerative brain diseases mediated by tau protein.

Description

신경 퇴행성 뇌질환 예방 또는 치료용 약학 조성물 및 이의 스크리닝 방법{Pharmaceutical composition for neurodegenerative brain disease and screening method for the same}[0001] The present invention relates to a pharmaceutical composition for preventing or treating neurodegenerative brain diseases and a screening method for the same,

본 발명은 신경 퇴행성 뇌질환, 더욱 자세하게는 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환의 진단용 키트 또는 조성물, 예방 또는 치료용 약학 조성물, 및 상기 치료제의 스크리닝에 관한 것이다.The present invention relates to a neurodegenerative brain disease, more particularly, a kit or a composition for the diagnosis of neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury, a pharmaceutical composition for preventing or treating the disease, and screening of the therapeutic agent.

신경 퇴행성 뇌질환은 중추신경계의 신경세포에 퇴행성 변화가 나타나면서 운동 및 감각기능의 손상, 기억, 학습, 연산 추리 등의 고차적원인 기능의 저해와 같은 여러 가지 증상을 유발하는 질환이다. 대표적인 질환으로는 파킨슨 질환(Parkinson's disease), 알츠하이머 질환(Alzheimer's disease) 및 기억장해 등이 있다. 신경 퇴행성 뇌질환은 급격히 혹은 천천히 진행되는 괴사(necrosis)나 아폽토시스(apoptosis)에 의한 신경세포의 사멸로 특징지어진다. 따라서 신경세포의 사멸기전에 대한 이해는 중추신경계 질환의 예방, 조절 및 치료법 개발을 위하여 반드시 이루어져야 한다.Neurodegenerative brain diseases are degenerative changes in neurons of the central nervous system and cause various symptoms such as impaired motor and sensory function, memory, learning, inhibition of high-order causative functions such as computational reasoning. Representative diseases include Parkinson ' s disease, Alzheimer ' s disease, and memory disorders. Neurodegenerative brain disease is characterized by the rapid or slow progression of necrosis or apoptosis. Therefore, the understanding of the mechanism of death of neurons must be made in order to develop the prevention, control and treatment of central nervous system diseases.

타우(Tau)단백질은 N-말단 돌출 부분, 프롤린(proline) 응집 도메인, 미세소기관 결합 도메인 및 C-말단의 4부분으로 구성되어 있으며(Mandelkow et al., Acta. Neuropathol., 103, 26-35, 1996), 중추신경계의 신경세포 속에서 타우가 비정상적으로 과인산화되거나 변형되는 경우 타우병증(tauopathy)와 같은 신경 퇴행성 뇌질환을 유발한다고 알려져있다. The Tau protein consists of four parts: the N-terminal protruding portion, the proline aggregation domain, the microtubule binding domain and the C-terminal (Mandelkow et al., Acta. Neuropathol., 103, 26-35 , 1996), it is known that when tau is abnormally hyperphosphorylated or transformed in the nervous system of the central nervous system, it induces neurodegenerative brain diseases such as tauopathy.

그러나 종래 신경 퇴행성 질환 치료제 중 타우 단백질을 표적으로 하는 뇌질환 치료제는 많이 개발되지 않고 있으며, 이제까지 개발된 치료제는 주로 카이네이즈(kinase)단백질을 타겟으로 하고 있다. 또한 타우 매개 신경 퇴행성 뇌질환이 유발되는 정확한 기작 또한 밝혀지지 않고 있다.However, among the conventional neurodegenerative diseases therapeutic agents for treating brain diseases targeting tau protein are not developed much, and the therapeutic agents developed so far mainly target kinase proteins. The precise mechanism by which tau mediated neurodegenerative brain disease is induced is also unknown.

본 발명은 신경 퇴행성 뇌질환, 자세하게는 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환, 더욱 자세하게는 타우 단백질에 의하여 매개되는 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환의 치료제를 제공하기 위하여, tau 단백질의 인산화, 응집화 및 신경독성을 매개하는 구체적인 신호전달 기전을 규명함으로써, 신경 퇴행성 뇌질환 치료의 새로운 표적을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention relates to a therapeutic agent for neurodegenerative brain diseases, in particular neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury, more specifically neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury mediated by tau protein, The aim of the present invention is to provide a novel target for the treatment of neurodegenerative brain diseases by identifying a specific signal transduction pathway mediating aggregation and neurotoxicity.

본 발명은 더 나아가, 이러한 타우 매개의 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환의 신호전달 기전을 이용하여, 신경 퇴행성 뇌질환, 더욱 자세하게는 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환의 진단용 키트 또는 조성물, 예방 또는 치료용 약학 조성물, 및 상기 치료제의 스크리닝에 관한 것이다.The present invention further relates to a kit or composition for the diagnosis of neurodegenerative brain diseases, more specifically neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury, by using the signal transduction mechanism of neurodegenerative brain diseases due to such tau mediated traumatic brain injury, Pharmaceutical compositions for preventing or treating such diseases, and screening of said therapeutic agents.

본 발명자들은 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환의 신경 병리학적 변화에 전사체(transcriptome)의 변화가 어떻게 영향을 미치는지를 검증하기 위해 하기 실시예에 나타낸 바와같이, in vitro 세포주 모델과 in vivo 마우스 모델에서 실험을 수행하였다. 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환과 알츠하이머 질환(AD)은 tau 과인산화(tau hyperphosphorylation) 증가와 타우병증(tauopathy)의 관점에서 유사한 병리학적인 측면을 보여주기 때문에, 본 발명자들은 변화된 transcriptome signature가 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환과 AD에서의 tau 인산화 경로와의 관련 여부를 분석하였다. 이에 더 나아가, 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환와 AD의 사후 뇌 조직에서 p-Tau의 면역 반응성(immunoreactivity)을 확인하였다.As shown in the following examples, in order to examine how transcriptome changes affect neuropathologic changes of neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury, the present inventors used in vitro cell line models and in vivo mice Experiments were performed on the model. Because neurodegenerative brain diseases and Alzheimer's disease (AD) due to traumatic brain injury show similar pathological aspects in terms of increased tau hyperphosphorylation and tauopathy, the present inventors have found that the altered transcriptome signature is associated with traumatic brain injury We analyzed the relationship between neurodegenerative brain disease caused by brain injury and tau phosphorylation pathway in AD. Furthermore, immunoreactivity of p-Tau was confirmed in neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury and in post-brain tissue of AD.

"PP2B"는 칼모듈린(calmodulin) 의존성 인산화효소, 단백질인산화효소2B, 또는 PP2B라고도 하며, 이는 세린-트레오닌 인산화 효소의 하나로. 2개의 다른 소단위 A, B가 1:1로 결합하여 완전효소를 형성하며, Ca2+/칼모듈린으로 조절된다."PP2B" is also known as calmodulin-dependent kinase, protein kinase 2B, or PP2B, which is a serine-threonine kinase. Two other subunits A and B bind 1: 1 to form the complete enzyme, which is regulated by Ca 2+ / calmodulin.

오카다산(Okadadic acid)저해에는 약하고 IC50은 약 10-8M이다. 촉매 소단위 A는 분자량이 약 6만이고 C말단측에 칼모듈린 결합영역이 있다. 5종인 동형 αl, α2, βl, β2, β3인 존재가 알려져 있다. 다른 인산화효소 분자종 PP1 또는 PP2A에 대해 모두가 약 50%인 상동성을 나타낸다. 조절소단위 B는 분자량이 1.9만이며 Ca2+를 결합한다. B는 칼모듈린 및 트로포닌C와의 사이에 아미노산으로 각각 35%와 29%인 상동성을 나타낸다. 면역담당세포의 정보전달 등에 중요한 역할을 하며, 면역억제제인 사이클로스포린A 또는 FK506은 시클로필린 또는 FKBP와 각각 결합하여 이 효소활성을 특이적으로 저해한다. It is weak against okadadic acid inhibition and the IC 50 is about 10 -8 M. The catalytic subunit A has a molecular weight of about 60,000 and a calmodulin binding domain at the C-terminal side. The existence of five species of α1, α2, β1, β2 and β3 is known. And about 50% for all other phosphorylated enzyme molecular species PP1 or PP2A. The regulatory subunit B has a molecular weight of 1.9 million and binds Ca 2+ . B has 35% and 29% homology with calmodulin and troponin C, respectively, with amino acids. Cyclosporin A or FK506, which is an immunosuppressant, binds to cyclophilin or FKBP, respectively, and specifically inhibits this enzyme activity.

"타우(Tau)"는 미세소관 연관 단백질(Microtubule-associated protein)로서 천연적으로 구조를 가지고 있지 않은 IDP(inrisically disordered proteins)의 일종으로, 미세소관을 안정시키고 촉진시키기 위하여 튜불린과 상호작용을 한다. 타우 단백질이 과도하게 인산화되는 경우 NFT(nerofibrillary tangles)을 형성하게 되면서 다양한 전이체들을 형성하게 되고, 비정상적인 응집화에 의해서 퇴행성 뇌질환이 발병된다는 것이 알려져 있다(Lee et al., Annu . Rev. Neurosci ., 24, 1121-1159, 2001; Bergeron et al., J. Neuropathol . Exp . Neurol ., 56, 726-734, 1997; Bugiani et al., J. Neuropathol . Exp . Neurol ., 58, 667-677, 1999; Delacourte et al., Ann. Neurol ., 43, 193-204, 1998; Ittner and Gotz, Nat. Rev. Neurosci., 12, 65-72, 2011). "Tau" is a microtubule-associated protein, a kind of inrisically disordered proteins (IDPs) that are naturally unstructured. They interact with tubulin to stabilize and promote microtubules do. It is known that when tau protein is overly phosphorylated, NFT (nerofibrillary tangles) is formed and various transconducts are formed, and degenerative brain disease is caused by abnormal aggregation (Lee et al ., Annu . Rev. Neurosci ., 24, 1121-1159, 2001; Bergeron et al, J. Neuropathol Exp Neurol, 56, 726-734, 1997;........ Bugiani et al, J. Neuropathol Exp Neurol, 58, 667- 677, 1999, Delacourte et al ., Ann. Neurol ., 43, 193-204, 1998, Ittner and Gotz, Nat. Rev. Neurosci., 12, 65-72, 2011).

또한, 미세소관에서 분리된 타우 단백질은 다른 타우 단백질과 결합하기 쉬운 잘못 접힌 구조(misfoledstructure)를 형성한다. 이들은 베타 구조(β-sheet structure)를 이루고 여러 개의 단백질이 결합한 올리고머, 전-섬유단계(pre-fibril)로의 응집과정을 거치게 된다(Y. S. Kim, D. J. Kim, O. Hwang, Y. Kim, InTech, 2012, 99-138). 응집된 타우는 결국 신경섬유덩어리(NFTs)를 형성하며, 이런 병리학적 특징을 보이는 신경 퇴행성 뇌질환들을 통틀어 타우 병증(tauopathy)이라고 부른다(D. R. Williams, Intern Med J, 2006, 36(10), 652-60). 따라서 타우 단백질의 변형 및 응집에 따른 기능 이상이 알츠하이머병 및 퇴행성 뇌질환이 발생하는 중요한 원인 중 하나로 대두되고 있다. 비정상적인 타우의 응집과 과인산화는 신경세포의 퇴행을 직접적으로 유도하며, 알츠하이머성 치매뿐만 아니라 다양한 퇴행성 뇌질환의 공통 병인으로 작용한다.In addition, the tau protein isolated from the microtubules forms a misfoled structure that is easy to bind to other tau proteins. They have undergone aggregation into oligomers, pre-fibrils, which form a β-sheet structure and are bound by several proteins (YS Kim, DJ Kim, O. Hwang, Y. Kim, InTech, 2012, 99-138). Aggregated tau ultimately forms nerve fibers (NFTs) and is called tauopathy throughout the neurodegenerative brain diseases that exhibit these pathological features (DR Williams, Intern Med J 2006, 36 (10), 652 -60). Therefore, dysfunctions due to deformation and aggregation of tau protein are becoming important causes of Alzheimer 's disease and degenerative brain diseases. Agglutination and hyperphosphorylation of abnormal tau directly induces degeneration of neurons, and it is a common pathogenesis of various degenerative brain diseases as well as Alzheimer's dementia.

CTE는 단기 기억 상실, 파킨슨, 걸음걸이 및 언어 장애를 비롯한 임상 증상을 나타내는 진행성 신경 퇴행성 질환이다. 다양한 증거들은 단일 또는 반복적 두부 손상이 AD의 위험 인자임을 나타낸다. 중요한 것은, CTE는 타우 Neuropil neuritis(NNs) 및 확산성 노인성 반점과 같은 여러 가지 신경 병리학적 특징을 나타낸다는 것이다. 실제로, CTE의 뉴런 및 성상 세포(astrocyte)에서 나타나는 비정상적으로 과인산화된 타우 단백질의 수준은 AD에서의 신경 섬유 엉킴 (neurofibrillary tangles; NFT)과 유사하거나 동일하다. 그러나, CTE는 신경 병리학적으로 AD와 유사하지만 CTE에서 뇌 손상이 어떻게 신경 병증의 후유증을 유발하는지에 대해서는 아직 알려지지 않았다.CTE is a progressive neurodegenerative disease with clinical symptoms including short-term memory loss, Parkinson's, gait, and speech disorders. Various evidence indicates that single or repeated head injury is a risk factor for AD. Importantly, CTE represents a number of neuropathological features, such as tau neuropil neuritis (NNs) and diffuse senile spots. Indeed, the level of abnormally hyperphosphorylated tau protein in neurons and astrocyte of the CTE is similar or identical to the neurofibrillary tangles (NFT) in AD. However, CTE is neuropathologically similar to AD, but how brain damage in CTE causes sequelae of neuropathy is not yet known.

본 발명의 일예에서 CTE와 관련된 전사체의 변화를 분석하였다. CTE의 병리 생리학은 복잡한 유전자 발현의 광범위한 변화를 포함하지만 CTE에서 특히, PPP3CA 발현 감소가 관찰된다. PPP3CA는 tau를 탈인산화시키는 칼시뉴린(calcineurin) (PP2B)의 소단위체이며, 이것의 장애는 AD 병리학의 두 가지 특징인 아밀로이드 전구체 단백질(amyloid precursor protein) 과 과인산화된 tau의 생성과 관련되어있다. 종래의 연구들은 excitotoxin에 의해 유발된 세린 / 트레오닌(serine/threonine) 포스파타아제 단백질 활성의 기능 장애가 인간 뉴런에서 tau의 인산화를 유도하고 AD 모델 환자에서 칼시뉴린 (PPP3CA)의 감소가 tau 과인산화 및 마우스 모델 뇌에서의 헌팅톤 병을 유발한다는 것을 보여주었다. In an example of the present invention, changes in CTE-related transcripts were analyzed. The pathophysiology of CTE involves extensive changes in complex gene expression, but a reduction in PPP3CA expression is observed, particularly in CTE. PPP3CA is a subunit of calcineurin (PP2B) that dephosphorylates tau, and its impairment is related to the formation of amyloid precursor protein and hyperphosphorylated tau, two hallmarks of AD pathology . Previous studies have shown that dysfunction of excitotoxin-induced serine / threonine phosphatase protein activity induces phosphorylation of tau in human neurons and that reduction of calcineurin (PPP3CA) in AD model patients results in tau hyperphosphorylation Mouse model of Huntington's disease in the brain.

중요한 것은, 실험 시스템은 PPP3CA 발현이 감소하면 AD와 유사하게 CTE에서 tau 과인산화가 일어날 가능성이 있음을 나타냈으며. 과인산화된 tau는 신경원섬유엉킴(neurofibrillary tangles) 및 축삭 수지상세포(axonal arborizations)에 위치하고, 그 지역에서 PPP3CA의 정도가 CTE 및 AD 케이스 모두에서 역으로 감소한다는 것이다. 또한, BiFC-Tau 세포에서 포스파타아제 억제제를 사용하는 in vitro 실험은 타우 탈인산화에 있어 세린 / 트레오닌 포스파타아제 단백질 활성의 중요성을 입증하였다.Importantly, the experimental system showed that if PPP3CA expression is decreased, tau hyperphosphorylation is likely to occur in CTE, similar to AD. Hyperphosphorylated tau is located in neurofibrillary tangles and axonal arborizations, and the degree of PPP3CA in the region declines in both CTE and AD cases inversely. In vitro experiments using phosphatase inhibitors in BiFC-Tau cells also demonstrated the importance of serine / threonine phosphatase protein activity in tau phosphorylation.

TBI의 동물 모델은 사람의 반복적인 뇌 손상을 모방하고 다음과 같은 몇 가지 장점을 제공한다. 구체적으로, 1) 반복적인 충격을 지속적으로 적용하는 것이 쉽고 2) 병의 생리학적 특징과 증상을 나타낸다. 따라서, 본 발명자들은, TBI의 동물 모델을 확립하고 PPP3CA knockdown이 MAPT (P301L) 마우스에서 반복적인 TBI 유도가 tau 인산화에 어떻게 영향을 미치는지 연구하였다. 세포 모델과 일치하게, AAV-shPPP3CA를 사용한 PPP3CA knockdown은 반복적인 두부 손상에 노출 된 후 P301L 마우스의 치상회에서 p-tau (S202 / T205)의 면역 반응을 유의적으로 증가시켰다. 이와 함께 단백질 포스파타제 발현의 변화가 CTE의 tau 병증에 기여할 가능성이 있음을 나타내었으며, 이는 세린 / 트레오닌 단백질 포스파타아제의 발현 및 활성을 조절하는 것이 CTE 및 기타 신경 퇴행성 질환의 진행성 타우(tau) 병증을 예방하는 잠재적 치료 전략이 될 수 있음을 시사한다.The animal model of TBI imitates repetitive brain damage in humans and offers several advantages, including: Specifically, 1) it is easy to apply repetitive shock continuously, and 2) it exhibits physiological characteristics and symptoms of the disease. Thus, we established an animal model of TBI and studied how PPP3CA knockdown affects the tau phosphorylation of repeated TBI induction in MAPT (P301L) mice. Consistent with the cell model, PPP3CA knockdown using AAV-shPPP3CA significantly increased the p-tau (S202 / T205) immune response in the dentate gyrus of P301L mice after repeated head injury exposure. Together with this, changes in protein phosphatase expression are likely to contribute to CTE tauopathy, which suggests that modulating the expression and activity of serine / threonine protein phosphatase modulates the progressive tau (Tau) pathology of CTE and other neurodegenerative diseases This may be a potential therapeutic strategy to prevent the disease.

즉, 본 발명자들은 세포주 및 동물 모델을 사용하여, PPP3CA(protein phosphatase 3, catalytic subunit, alpha isozyme), PPP3CB(protein phosphatase 3, catalytic subunit, beta isozyme), 또는 PP2B(Serine/threonine-protein phosphatase 2B)의 활성 감소가 인산화된 타우 단백질(phosphorylated (p)-tau proteins)의 증가와 직접적으로 관련이 있음을 증명하였다. 이러한 발견은 PP 의존 신경 퇴행(PP-dependent neurodegeneration)에 대한 중요한 통찰력을 제공하며, 타우 매개의 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환의 새로운 치료법 개발로 이어질 수 있다. The present inventors used PPP3CA (protein phosphatase 3, catalytic subunit, alpha isozyme), PPP3CB (catalytic subunit, beta isozyme) or PP2B (serine / threonine-protein phosphatase 2B) Of phosphorylated (p) -tau proteins is directly related to increased phosphorylated (p) -tau proteins. This finding provides an important insight into PP-dependent neurodegeneration and may lead to the development of new therapies for neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury of the tau mediator.

따라서, 본 발명의 일예는 칼시뉴린(Calcineurin), 보다 구체적으로는 PPP3CA 또는 PP2B 포스파타아제(pp)의 발현 또는 활성을 촉진할 수 있는 제제를 포함하는, 신경 퇴행성 뇌질환 예방 또는 치료용 약학 조성물, 상기 치료제의 스크리닝 방법, 신경 퇴행성 뇌질환 진단용 조성물 또는 키트 및 이를 이용한 질병 진단방법에 관한 것이다.Accordingly, an example of the present invention is a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of neurodegenerative brain diseases comprising an agent capable of promoting the expression or activity of Calcineurin, more specifically PPP3CA or PP2B phosphatase (pp) A screening method for the therapeutic agent, a composition or kit for diagnosing a neurodegenerative brain disease, and a disease diagnosis method using the same.

상기 신경 퇴행성 뇌질환의 예는 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환 및 알츠하이머, 파킨슨병, 헌팅턴병 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.자세하게는 본 발명에 따른 질환은 타우병증(taupathy)과 같이 타우 단백질의 응집 또는 타우 단백질의 인산화 증가에 의한 신경 퇴행성 뇌질환을 포함할 수 있다.Examples of the neurodegenerative brain diseases include, but are not limited to, neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury, Alzheimer's disease, Parkinson's disease, Huntington's disease, etc. In detail, the diseases according to the present invention are Neurodegenerative brain disease caused by aggregation of tau protein or increased phosphorylation of tau protein.

본 발명에서 상기 진단이란 병의 발병 여부 및 진행 정도, 치료 후 예후 등을 모두 포함하는 개념이다. 또한, 본 발명에 있어서 상기 스크리닝이란, 신경 퇴행성 뇌질환의 가능성이 있는 환자군, 또는 신경 퇴행성 뇌질환의 위험요소를 포함하는 환자군으로부터 신경 퇴행성 뇌질환의 발병 가능성이 있는 환자를 선택하거나, 발병가능성이 높은 환자를 선별하는 것을 의미한다.In the present invention, the diagnosis is a concept including both the onset and progress of the disease, and the prognosis after the treatment. In the present invention, the screening refers to selection of a patient who has a possibility of a neurodegenerative brain disease or a patient who includes a risk factor of a neurodegenerative brain disorder, It means to select high patients.

본 발명자들은 하기 실시예에서 밝힌 바와 같이, CTE와 같은 외상성 뇌손상에 의한 신경퇴행성 뇌질환에서 PPP3CA 또는 PP2B의 활성 감소가 타우병증과 관련이 있음을 밝혔으며(실시예 4 참조), PPP3CA 또는 PP2B 활성 감소가 타우 인산화 및 타우 응집을 유도하고 이에 더 나아가 PPP3CA는 타우 인산화를 직접 조절하며, PPP3CA 또는 PP2B가 CTE 모델에서 타우의 탈인산화를 조절함을 (실시예 5 및 실시예 6 참조) 구체적 실험으로 입증하였다. 이로써, PPP3CA 또는 PP2B의 발현 또는 활성을 촉진시키는 경우, 타우 단백질의 인산화 또는 응집을 억제시킬 수 있으며, 비정상적인 타우 단백질에 의해 유발되는 신경 퇴행성 뇌질환의 효과적인 예방 또는 치료제로 사용할 수 있음을 알 수 있다.The present inventors have found that the decrease in the activity of PPP3CA or PP2B in neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury such as CTE is associated with tauopathy (see Example 4), as described in the following examples, and PPP3CA or PP2B PPP3CA directly controls tau phosphorylation, and PPP3CA or PP2B regulates the dephosphorylation of tau in the CTE model (see Examples 5 and 6). In addition, Respectively. Thus, it can be seen that, when the expression or activity of PPP3CA or PP2B is promoted, phosphorylation or aggregation of tau protein can be inhibited, and thus it can be used as an effective preventive or therapeutic agent for neurodegenerative brain diseases caused by abnormal tau protein .

구체적으로, 본 발명의 일예는 PPP3CA 또는 PP2B의 발현 또는 활성을 촉진할 수 있는 제제를 포함하는, 신경 퇴행성 뇌질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물에 관한 것이다.Specifically, an example of the present invention relates to a pharmaceutical composition for preventing or treating neurodegenerative brain diseases, which comprises an agent capable of promoting the expression or activity of PPP3CA or PP2B.

상기 PPP3CA 또는 PP2B 발현 또는 활성을 촉진할 수 있는 제제란 PPP3CA 또는 PP2B 에 직접 또는 간접적으로 작용하여 PPP3CA 또는 PP2B의 발현 또는 활성을 개선, 유도, 자극, 증가시키는 물질을 의미한다. 이런 물질은 PPP3CA 또는 PP2B를 코딩하는 유전자, mRNA 또는 단백질에 직접 또는 간접적으로 결합하여 PPP3CA 또는 PP2B의 발현 또는 활성을 촉진할 수 있는 물질을 의미하며, 유기 또는 무기 화합물과 같은 단일 화합물, 펩티드, 단백질, 앱타머, 항체, 핵산, 벡터, 탄수화물 및 지질과 같은 생체 고분자 화합물, 천연물 및 복수 화합물의 복합체 등을 포함한다. 바람직하게는, PPP3CA 또는 PP2B의 발현 또는 활성을 촉진시키는 물질은 화합물, 펩티드, 펩티드 미메틱스, 앱타머, 항체 및 천연물로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나이다.The agent capable of promoting PPP3CA or PP2B expression or activity refers to a substance which directly or indirectly acts on PPP3CA or PP2B to improve, induce, stimulate or increase the expression or activity of PPP3CA or PP2B. Such a substance means a substance capable of directly or indirectly binding to a gene, mRNA or protein encoding PPP3CA or PP2B to promote the expression or activity of PPP3CA or PP2B, and may be a single compound such as an organic or inorganic compound, a peptide, a protein , An aptamer, an antibody, a nucleic acid, a vector, a biopolymer compound such as a carbohydrate and a lipid, a complex of a natural product and a plurality of compounds, and the like. Preferably, the substance that promotes the expression or activity of PPP3CA or PP2B is any one selected from the group consisting of compounds, peptides, peptide mimetics, aptamers, antibodies and natural products.

상기 제제가 PPP3CA 또는 PP2B의 발현 또는 활성을 촉진시키는 기작은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 물질은 전사, 번역 등의 유전자 발현을 증대시키거나, 비활성형을 활성형으로 전환시키는 기작으로 작용할 수 있다.The mechanism by which the agent promotes the expression or activity of PPP3CA or PP2B is not particularly limited. For example, a substance may act as a mechanism to increase gene expression, such as transcription, translation, or to convert an inactive form to an active form.

핵산 및 단백질 서열이 이미 공지된 PPP3CA 또는 PP2B에 대하여 당업자는 촉진제로 작용하는 화합물, 펩티드, 펩티드 미메틱스, 앱타머, 항체 및 천연물 등을 당 분야의 기술을 이용하여 제조하거나 스크리닝할 수 있다.For PPP3CA or PP2B with known nucleic acid and protein sequences, those skilled in the art can prepare or screen compounds, peptides, peptide mimetics, aptamers, antibodies, and natural products that act as promoters using techniques in the art.

본 발명의 PPP3CA 또는 PP2B의 발현 또는 활성 촉진제는 유전자 치료 등에 사용되기 위하여 세포 내에서 PPP3CA 또는 PP2B을 발현할 수 있는 벡터의 형태로 제공될 수 있다. 이에, 본 발명은 PPP3CA 또는 PP2B을 코딩하는 핵산 또는 mRNA, 바람직하게는 이 핵산을 함유하는 재조합 벡터를 유효성분으로 포함하는 신경 퇴행성 뇌질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물에 관한 것이다.The expression or activity promoter of PPP3CA or PP2B of the present invention may be provided in the form of a vector capable of expressing PPP3CA or PP2B in a cell for use in gene therapy or the like. Accordingly, the present invention relates to a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of neurodegenerative brain diseases comprising, as an active ingredient, a nucleic acid or mRNA encoding PPP3CA or PP2B, preferably a recombinant vector containing the nucleic acid.

PPP3CA 또는 PP2B을 코딩하는 핵산 서열은, 이와 동등한 활성을 갖는 단백질을 코딩하는 한, 하나 이상의 핵산 염기가 치환, 결실, 삽입 또는 이들의 조합에 의해 변이될 수 있다. 이러한 핵산 분자의 서열은 단쇄 또는 이중쇄일 수 있으며, DNA 분자 또는 RNA(mRNA) 분자일 수 있다.The nucleic acid sequence encoding PPP3CA or PP2B can be mutated by substitution, deletion, insertion, or a combination thereof, as long as one or more nucleic acid bases encode a protein having equivalent activity. The sequence of such a nucleic acid molecule may be short or double-stranded, and may be a DNA molecule or an RNA (mRNA) molecule.

본 발명의 벡터는, 리포좀, 플라스미드 벡터, 코즈미드 벡터, 박테리오파아지 벡터 및 바이러스 벡터 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서, 바람직한 바이러스 벡터의 예로는 아데노바이러스(adenovirus), 아데노부속바이러스(adeno-associated virus), 레트로바이러스(retrovirus), 렌티바이러스(lentivirus), 단순포진바이러스(herpes simplex virus), 알파바이러스(alpha virus) 등이 있다. 본 발명의 재조합 벡터는 PPP3CA 또는 PP2B을 코딩하는 핵산과 이의 전사 또는 해독을 위한 조절서열을 포함할 수 있다. 특히 중요한 조절서열은 프로모터, 인핸서와 같이 전사 개시를 조절하는 것이다. 또한, 개시코돈, 종결코돈, 폴리아데닐화 시그널, 코작(Kozak), 인핸서, 막 표적화 및 분비를 위한 신호서열, IRES(Internal Ribosome Entry Site) 등으로 이루어진 조절서열을 포함할 수 있다. 이러한 조절서열과 PPP3CA 또는 PP2B를 코딩하는 핵산은 작동가능하게 연결되어야할 것이다.The vector of the present invention includes, but is not limited to, liposomes, plasmid vectors, cosmid vectors, bacteriophage vectors, and viral vectors. Examples of preferred viral vectors in the present invention include, but are not limited to, adenovirus, adeno-associated virus, retrovirus, lentivirus, herpes simplex virus, alpha virus). The recombinant vector of the present invention may contain a nucleic acid encoding PPP3CA or PP2B and a regulatory sequence for transcription or translation thereof. A particularly important regulatory sequence is the regulation of transcription initiation, such as promoters and enhancers. It may also contain regulatory sequences consisting of initiation codon, termination codon, polyadenylation signal, Kozak, signal sequence for enhancer, membrane targeting and secretion, IRES (Internal Ribosome Entry Site), and the like. Such regulatory sequences and nucleic acids encoding PPP3CA or PP2B will be operably linked.

여기서, 이용된 용어 '작동가능하게 연결된'이란 핵산 서열간의 결합이 기능적으로 연관되어 있는 것을 의미한다. 임의의 핵산서열이 작동가능하게 연결된 경우는 임의의 핵산서열이 다른 핵산서열과 기능적으로 관련성을 가지도록 위치해 있는 경우이다. 본 발명에 있어서, 임의의 전사 조절서열이 PPP3CA 또는 PP2B를 코딩하는 핵산분자의 전사에 영향을 미치는 경우, 상기 전사 조절서열이 상기 핵산분자와 작동가능하게 연결되어 있다고 말한다. 본 발명에서, 치료는 신경퇴행성 뇌질환을 억제, 예방하거나, 신경퇴행성 뇌질환과 관련된 증상을 감소, 경감, 역전시키고 신경퇴행성 뇌질환의 진행을 억제하는 것을 포함한다.The term " operably linked " as used herein means that the linkage between nucleic acid sequences is functionally related. When any nucleic acid sequence is operably linked, any nucleic acid sequence is located so as to be functionally related to another nucleic acid sequence. In the present invention, it is said that when any transcriptional control sequence affects the transcription of a nucleic acid molecule encoding PPP3CA or PP2B, the transcriptional control sequence is operably linked to the nucleic acid molecule. In the present invention, the treatment includes inhibiting or preventing neurodegenerative brain diseases, or reducing, alleviating, reversing symptoms associated with neurodegenerative brain diseases and inhibiting the progression of neurodegenerative brain diseases.

상기 본 발명의 약학적 조성물은, 약학적 조성물의 제조에 통상적으로 사용하는 적절한 담체, 부형제 또는 희석제를 추가로 포함하는 신경 퇴행성 뇌질환 예방 또는 치료용 약학 조성물의 형태로 제조될 수 있는데, 상기 담체는 비자연적 담체(non-naturally occuring carrier)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 약학 조성물은, 각각 통상의 방법에 따라 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 현탁액, 에멀젼, 시럽, 에어로졸 등의 경구형 제형, 외용제, 좌제 및 멸균주사용액의 형태로 제형화하여 사용될 수 있다.The pharmaceutical composition of the present invention may be prepared in the form of a pharmaceutical composition for preventing or treating neurodegenerative brain diseases, which further comprises an appropriate carrier, excipient or diluent commonly used in the production of a pharmaceutical composition. May include non-naturally occuring carriers. Specifically, the pharmaceutical composition may be formulated in the form of powders, granules, tablets, capsules, suspensions, emulsions, syrups, aerosols and the like, oral preparations, suppositories and sterilized injection solutions according to a conventional method .

본 발명의 약학 조성물에 포함될 수 있는 담체, 부형제 및 희석제로는 구체적인 예로, 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, 광물유 등을 들 수 있다. 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제될 수 있다.Examples of carriers, excipients and diluents that can be included in the pharmaceutical composition of the present invention include lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, xylitol, erythritol, maltitol, starch, acacia rubber, alginate, gelatin, calcium phosphate , Calcium silicate, cellulose, methylcellulose, microcrystalline cellulose, polyvinylpyrrolidone, water, methylhydroxybenzoate, propylhydroxybenzoate, talc, magnesium stearate, mineral oil and the like. In the case of formulation, it can be prepared using diluents or excipients such as fillers, extenders, binders, humectants, disintegrants, surfactants and the like which are usually used.

본 발명의 약학 조성물에 포함된 상기 PPP3CA 또는 PP2B 의 발현 또는 활성을 촉진할 수 있는 제제의 함량은 특별히 이에 제한되지 않으나, 최종 조성물 총 중량을 기준으로 0.0001 내지 50 중량%, 보다 구체적으로 0.01 내지 20 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.The content of the agent capable of promoting the expression or activity of PPP3CA or PP2B contained in the pharmaceutical composition of the present invention is not particularly limited but may be from 0.0001 to 50% by weight, more specifically from 0.01 to 20% by weight, % ≪ / RTI > by weight.

본 발명은 또 다른 하나의 양태로서 상기 약학 조성물을 약제학적으로 유효한 양으로 개체에 투여하는 단계를 포함하는 신경 퇴행성 뇌질환 예방 또는 치료하는 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for preventing or treating neurodegenerative brain diseases comprising administering the pharmaceutical composition to a subject in a pharmaceutically effective amount.

본 발명의 용어 "개체"란 퇴행성 뇌질환이 발병될 가능성이 있거나 또는 발병된 쥐, 가축, 인간 등을 포함하는 포유동물, 양식어류 등을 제한 없이 포함할 수 있다.The term " subject " of the present invention may include, without limitation, mammals, aquaculture fish, and the like, including rats, livestock, and humans who are susceptible or susceptible to degenerative brain diseases.

본 발명의 신경 퇴행성 뇌질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물의 투여 경로는 목적 조직에 도달할 수 있는 한 어떠한 일반적인 경로를 통하여도 투여될 수 있다. 본 발명의 약학 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 투여될 수 있다.The administration route of the pharmaceutical composition for preventing or treating neurodegenerative brain diseases of the present invention can be administered through any ordinary route as long as it can reach the target tissues. The pharmaceutical composition of the present invention is not particularly limited, but may be administered by intraperitoneal administration, intravenous administration, intramuscular administration, subcutaneous administration, intradermal administration, oral administration, intranasal administration, intrapulmonary administration, rectal administration and the like ≪ / RTI >

본 발명의 약학 조성물의 투여량은 사용목적, 질환의 중독도, 환자의 연령, 체중, 성별, 기왕력, 또는 유효성분으로서 사용되는 물질의 종류 등을 고려하여 당업자가 결정할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 약학 조성물은 성인 1인당 약 0.1 ng/㎏ 내지 약 100 ㎎/㎏, 구체적으로 약 1 ng/㎏ 내지 약 10 ㎎/㎏로 투여할 수 있고, 본 발명의 조성물의 투여빈도는 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 can be determined by those skilled in the art in consideration of the purpose of use, the degree of addiction to the disease, the age, body weight, sex, history, or kind of the substance used as the active ingredient. For example, the pharmaceutical composition of the present invention may be administered at about 0.1 ng / kg per adult to about 100 mg / kg, specifically about 1 ng / kg to about 10 mg / kg, The frequency is not particularly limited, but may be administered once a day or divided into several doses. The dose is not intended to limit the scope of the invention in any way.

본 발명의 추가 일예는 신경 퇴행성 뇌질환 치료제의 후보물질이 처리된 신경조직 유래 세포에 칼시뉴린, 보다 구체적으로 PPP3CA 또는 PP2B 포스파타아제의 발현 또는 활성화 여부를 측정하는 단계를 포함하는, 신경 퇴행성 뇌질환 치료제의 스크리닝 방법에 관한 것이다.A further embodiment of the present invention relates to a method of treating neurodegenerative brain diseases, comprising the step of measuring the expression or activation of calcineurin, more specifically PPP3CA or PP2B phosphatase, And a screening method of a therapeutic agent for diseases.

보다 구체적으로, 상기 후보물질을 처리한 시료에서의 칼시뉴린의 발현 또는 활성이, 후보물질을 처리하지 않은 시료에서의 칼시뉴린의 발현 또는 활성보다 증가된 경우, 상기 후보물질을 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환의 치료제로 선발한다.More specifically, when the expression or activity of calcineurin in the sample treated with the candidate substance is higher than the expression or activity of calcineurin in the sample not treated with the candidate substance, the candidate substance is caused by traumatic brain injury It is selected as a treatment for neurodegenerative brain diseases.

상기 신경조직 유래 세포는 신경세포 또는 신경교세포일 수 있으며, 본 발명의 용어 "신경 퇴행성 뇌질환 치료제의 후보물질"이란, 신경 퇴행성 뇌질환을 치료할 수 있을 것으로 예상되는 물질로, 직접 또는 간접적으로 신경 퇴행성 뇌질환을 호전 또는 개선 시킬 수 있을 것으로 예상되는 물질이면 제한 없이 사용 가능하며, 화합물, 펩티드, 펩티드 미메틱스, 단백질, 앱타머, 항체, 천연물, 유전자, mRNA 또는 벡터 등 모든 치료가능 예상물질을 포함한다.The neural tissue-derived cells may be neurons or glial cells, and the term " candidate substance for treating neurodegenerative brain diseases " of the present invention is a substance expected to treat neurodegenerative brain diseases, Any substance that can be expected to improve or ameliorate degenerative brain disease can be used without limitation and can be any therapeutic substance such as a compound, a peptide, a peptide mimetic, a protein, an aptamer, an antibody, a natural product, a gene, .

상기 발현 또는 활성화 여부를 측정하는 단계는 당업계에서 이용되는 통상의 발현 수준 측정 방법을 제한 없이 사용할 수 있으며, 구체적인 예로 웨스턴블롯(Western blot), 공동-면역침전 어세이(Co-Immunoprecipitation assay), ELISA(Enzyme Linked Immunosorbent Assay), 실시간 RT-PCR, 전기영동, 조직 면역염색(immunostaining) 및 FACS(Fluorescence activated cell sorter) 등을 사용할 수 있다.The step of measuring the expression or activation may be performed by any conventional method of measuring the expression level used in the art without limitation, and examples thereof include Western blot, Co-immunoprecipitation assay, Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA), real-time RT-PCR, electrophoresis, immunostaining, and fluorescence activated cell sorter (FACS).

상기 신경 퇴행성 뇌질환은, 그 종류를 특별히 한정하지 않으나 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환인 것이 바람직하며, 예를 들어 타우 단백질의 응집 또는 타우 단백질의 인산화 증가에 의한 신경 퇴행성 뇌질환일 수 있다.The type of neurodegenerative brain disease is not particularly limited, but it is preferably a neurodegenerative brain disease caused by traumatic brain injury. For example, it may be a neurodegenerative brain disease caused by aggregation of tau protein or increased phosphorylation of tau protein .

본 발명의 또 다른 일예는, 칼시뉴린의 활성 억제 여부를 측정할 수 있는 제제를 포함하는, 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환 진단용 조성물을 제공한다. 상기 칼시뉴린은 PPP3CA 또는 PP2B이며, 상기 제제는 PPP3CA 또는 PP2B에 특이적으로 결합할 수 있는 항체 또는 앱타머일 수 있다.Another embodiment of the present invention provides a composition for diagnosing neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury comprising an agent capable of measuring the inhibition of calcineurin activity. The calcineurin is PPP3CA or PP2B, and the agent may be an antibody or an aptamer capable of specifically binding to PPP3CA or PP2B.

또한, 본 발명의 또 다른 일예는 칼시뉴린의 발현 또는 활성을 측정하는 제제를 포함하는, 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환 진단용 키트를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a kit for diagnosing neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury, which comprises an agent for measuring the expression or activity of calcineurin.

상기 측정하는 제제는, 칼시뉴린 유전자에 대한 프라이머 또는 프로브, 또는 칼시뉴린 단백질에 대한 항체를 사용할 수 있다.The agent to be measured may be a primer or a probe for a calcineurin gene, or an antibody against a calcineurin protein.

또한, 본 발명의 또 다른 일예는 PPP3CA 또는 PP2B의 활성 억제여부를 측정하는 단계를 포함하는, 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환 진단을 위한 정보의 제공 방법을 제공한다. PPP3CA 또는 PP2B의 활성 억제여부를 측정하는 단계에서는 앞서 언급한 본 발명의 신경 퇴행성 뇌질환의 진단용 조성물 또는 진단 키트를 이용할 수 있으며, 이 때 PPP3CA 또는 PP2B의 활성이 억제되는 경우 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환이 발병된 것으로 진단한다.Another embodiment of the present invention provides a method for providing information for diagnosing neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury, which comprises measuring the inhibition of PPP3CA or PP2B activity. In the step of measuring the inhibition of PPP3CA or PP2B activity, the above-mentioned composition or diagnostic kit for the neurodegenerative brain disease of the present invention can be used. When the activity of PPP3CA or PP2B is inhibited, Degenerative brain disease is diagnosed as having developed.

상기 퇴행성 뇌질환으로 진단된 개체에 대해서는 상기 본 발명의 약학 조성물을 투여함으로써 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환을 예방 또는 치료할 수 있다. For the individuals diagnosed with the degenerative brain disease, neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury can be prevented or treated by administering the pharmaceutical composition of the present invention.

본 발명은 tau 단백질의 인산화, 응집화 및 신경독성을 매개하는 구체적인 신호전달 기전을 규명함으로써, 신경 퇴행성 뇌질환 치료의 새로운 표적을 제공한다. The present invention provides a novel target for the treatment of neurodegenerative brain diseases by identifying specific signal transduction pathways mediating phosphorylation, aggregation and neurotoxicity of the tau protein.

도 1a은 6명의 외상성 뇌손상 샘플과 7명의 정상샘플들의 4개의 다른 부위들에서 각각 조직을 떼어서 RNA를 추출한 후 차세대염기서열 분석기로 전사체 서열을 분석한 후 나오는 발현 값으로 주성분 분석을 한 그래프이다. 정상샘플들과 뇌손상 샘플들의 발현의 패턴이 달라 확연히 나눠지는 것을 알 수 있다.
도 1b 및 도 1c는 샘플들의 발현 값으로 유전자 동시발현 네트워크 분석에 의하여 발현 패턴이 같은 유전자들을 12개의 모듈로 구분하여 보여주는 그림이다. 블루모듈에 있는 유전자들의 발현이 뇌손상 샘플들에서는 모두 다운되어있다. 나머지 모듈에 있는 유전자들의 발현은 뇌손상 샘플들에서는 모두 증가되어 있다.
도 1d는 12개의 모듈 중 뇌손상 샘플과 관련성이 높은 7개의 모듈들에 속해있는 유전자들로 생화학 패스웨이 관련 데이터베이스를 가지고 분석한 그림이다. 블루와 청록색 모듈에 퇴행성 뇌질환에 관련된 유전자들이 가장 많이 포함되어있다. 특히 칼슘시그널, 헌팅턴 그리고 알츠하이머에 관련된 유전자들이 많이 관련된 것을 알 수 있다.
도 2a는 블루모듈에 속하는 3,064개 유전자들을 생화학 패스웨이 관련 데이터 베이스로 분석한 그림이다. 외상성 뇌손상 샘플에서 발현이 증가된 872개 유전자들은 알츠하이머와 관련된 MAPK pathway에 관련된 유전자들로 구성이 되어 있음을 알 수 있다. 발현이 감소된 2,192개의 유전자들은 주로 퇴행성 뇌질환에 관련되어 있고 이중에서도 뇌손상에 관련이 될 것 같은 9개의 유전자들 (CACNA1F, ATP2A2, GRIN2A, PPP3CA, PPP3CB, PPP3R1, CALM1, CALM2, CALM3, and CALML3 )이 보였고 그 중에서도 칼슘 의존적인 포스파타제 유전자 PPP3CA가 있다.
도 2b는 정상샘플과 외상성 뇌손상 샘플에서 PPP3CA, PPP3CB, 그리고 PPP3R1의 발현 정도를 보여주는 그림이다. 세 유전자 모두 뇌손상 샘플에서 현저하게 감소되어 있음을 알 수 있다.
도 3a은 서열분석에 사용하지 않은 11개의 정상샘플과 11개의 외상성 뇌손상 샘플에서 PPP3CAPPP3CB의 발현을 qPCR로 확인한 그림이다. 뇌손상 샘플에서 두 유전자 발현이 감소되어 있다는 것을 한번 더 확인한 데이타이다.
도 3b은 정상샘플과 외상성 뇌손상 샘플에서 PPP3CA와 PPP3CB의 단백질 발현을 웨스턴 블랏으로 확인한 사진이다. 두 단백질이 외상성 뇌손상 샘플들에서 감소되어 있는 것을 볼 수 있으며 이 두 단백질들의 감소로 인해 타우 단백질의 인산화가 증가되어 있는 것을 알 수 있다.
도 3c는 도 3b의 웨스턴 블랏 데이터를 덴시토미터로 정량 분석한 그래프이다. PPP3CA와 PPP3CB가 외성상 뇌손상 샘플에서 감소되어 있고 타우 단백질의 인산화(S202/T205)는 현저하게 증가되어 있는 것을 볼 수 있다.
도 3d 및 도 3e는 병리학적인 측면에서 뇌손상 샘플의 타우병증(tauopathy)을 보여준 그림이다. 정상샘플과 외성상 뇌손상의 뇌조직에서 3,3-diaminobenzidine (DAB)로 면역조직화학 이중염색을 하여 덴시토미터로 정량 분석한 결과 뇌손상 조직에서 타우인산화가 증가됨을 알 수 있었다.
도 4a은 실시간 중합효소연쇄반응 실험으로 알츠하이머 샘플에서 PPP3CA 유전자 발현이 감소를 보여주는 그림이다. 외성상 뇌손상은 알츠하이머와 유사한 증상을 보이고 알츠하이머도 타우병증에 의해 매개된다고 알려져 있어 PPP3CA 발현이 알츠하이머에서도 감소되어있는지 확인하기 위해 수행한 실험 결과이다.
도 4b 및 도 4c는 정상샘플과 알츠하이머 샘플에서 PPP3CA와 PPP3CB의 단백질 발현을 웨스턴 블랏으로 확인한 사진이다. 두 단백질이 알츠하이머 샘플들에서 감소되어 있는 것을 볼 수 있으며 이 두 단백질들의 감소로 인해 타우 단백질의 인산화가 증가되어 있는 것을 알 수 있다. 웨스턴 블랏 데이터를 덴시토미터로 정량 분석한 그래프이다. PPP3CA와 PPP3CB가 알츠하이머 샘플에서 감소되어 있고 타우 단백질의 인산화(S202/T205)는 현저하게 증가되어 있는 것을 볼 수 있다.
도 4d 및 도 4e는 병리학적인 측면에서 알츠하이머 샘플의 타우병증(tauopathy)을 보여준 그림이다. 정상샘플과 알츠하이머의 뇌조직에서 3,3-diaminobenzidine (DAB)로 면역조직화학 이중염색을 하여 덴시토미터로 정량 분석한 결과 뇌손상에서 보여준 것처럼 알츠하이머 조직에서 타우인산화가 증가됨을 알 수 있었다.
도 4f는 공초점 현미경으로 PPP3CA의 면역반응성 감소와 타우의 인산화 증가를 보여주는 그림이다. 알츠하이머 대뇌피질 신경섬유덩어리에서 PPP3CA와 인산화된 타우 단백질이 함께 존재한다는 것을 알 수 있었다.
도 5a 내지 도 5e는 Protein phosphatase 2B (PP2B) 저해제들이 tau-BiFC 시스템을 도입한 두 개의 세포주에서 타우 인산화를 증가시키는 그림이다. 타우 유전자를 비너스 비형광 단백질의 N-terminal (VN173) 또는 C-terminal 절편(VC155)에 연결시킨 후 이 조작된 타우를 세포주에 안정적으로 발현시켰다. 그리고 두 개의 타우가 결합이 되면 형광을 나타나게 되는 시스템을 보여준다. 이 시스템을 두 개의 세포주(SH-SY5Y와 HEK293)에 안정적으로 발현을 시키고 PPP3CA 저해제들(Okadaic acid, cyclosporine A & Deltamethrin)을 처리하였다. 저해제가 처리된 세포들에서 타우 인산화와 타우의 축적을 증가가 보였고 이것은 PPP3CA가 타우병증에 직접적으로 관여한다는 것을 보여주는 증거이다.
도 6a 및 도 6b는 PPP3CA가 세포 모델에서 타우 단백질의 탈 인산화를 조절하는 것을 보여주는 그림이다. GFP-PPP3CA, GFP-GSK3B 그리고 tau-GFP를 세포에 형질도입하였다. 이때 GFP-PPP3CA는 농도 의존적으로 실험을 하였다. 이 세포들에서 단백질들을 추출하여 웨스턴 블랏을 수행하였다. 그 결과 PPP3CA의 처리 농도에 의존적으로 타우의 인산화는 감소하고 GSK3B 단백질 발현양도 감소하는 패턴을 보였다. 이러한 결과는 PPP3CA가 타우 단백질의 인산화를 조절한다는 것을 입증해주는 결과이다.
도 6c는 PPP3CA가 타우 단백질의 탈 인산화를 조절하는 것을 보여주는 그림이다 PPP3CA의 catalytic site를 deletion시킨 컨스트럭트를 만들어 세포에 형질 도입 시킨 후 단백질을 추출하여 웨스턴 블랏을 수행하였다. 그 결과 타우 단백질의 인산화에 변화가 없음을 보여주는 그림이다.
도 6d은 PPP3CA가 타우 단백질의 탈 인산화를 조절하는 것을 보여주는 그림이다 PPP3CA의 shRNA 컨스트럭트를 만들어 세포에 형질 도입한 후 단백질을 추출하여 웨스턴 블랏을 수행하였다. 그 결과 PPP3CA가 감소되었고 타우 단백질 인산화가 증가 된 패턴을 보여주었다. 이러한 결과는 도 6a, 6b에서도 보여준 것처럼 PPP3CA가 타우 단백질의 인산화를 조절한다는 것을 입증해주는 결과이다.
도 6e PPP3CA/PP2B가 마우스 모델 시스템에서 타우 단백질의 인산화를 조절한다는 것을 보여주는 그림이다. PPP3CA의 shRNA를 adeno-associated viral (AAV) vectors에 넣어 컨스럭트를 만든 후 tau (P301L)형질전환 마우스의 hippocampal regions에 삽입하였다. 그 마우스 머리에 weight drop방식으로 여러 번 외상을 주었다. 세포 모델처럼, AAV-shPPP3CA 마우스에서 PPP3CA의 발현이 현저하게 감소된 마우스를 얻을 수 있었다.
도 6f는 도 6e에서 얻은 마우스에서 PPP3CA의 농도에 의존적으로 타우 단백질의 인산화가 조절됨을 보여주는 그림이다. 외상을 준 AAV-shPPP3CA 마우스 hippocampal 지역에서 타우 인산화의 증가가 보였다. 이 결과로 세포 모델에서뿐만 아니라 동물모델에서도 PPP3CA가 타우 단백질의 인산화 조절을 입증하였다.
도 6g는 PPP3CA의 shRNA를 adeno-associated viral (AAV) vectors에 넣어 컨스럭트를 만든 후 tau (P301L)형질전환 마우스의 hippocampal regions에 삽입하였다. 그 마우스 머리에 weight drop방식으로 여러 번 외상을 주었다. 그 결과 해마의 치상회에서도 타우 인산화가 증가된 것을 입증하였다.
도 6h는 이 발명의 전체를 보여주는 요약도 그림이다. 외성상 뇌손상 샘플에서 PPP3CA/PP2B가 타우 단백질의 인산화를 증가시키고 인산화된 타우 단백질의 oligomer 형성을 증가시킨다. 그 결과 뇌손상된 샘플에서는 neurofilament tangle 이 형성이 되어 뉴런 상실의 결과를 가져온다.
도 7은 외상성 뇌손상이 세포 특이성을 가지고 나타나는 현상인지를 보기 위해 세 개의 세포타입 즉 뉴런, 성상 그리고 희소돌기 아교 세포에 관여하는 유전자들의 발현을 본 그림이다. 결과에서 보듯이 뉴런에 관여하는 유전자 발현이 외상성 뇌손상 샘플에서 낮게 발현되고 반대로 성상 및 희소돌기 아교 세포에 관련된 유전자들의 발현은 높다는 것을 알 수 있다.
도 8a는 유전자 네트워크 분석으로 나온 공동 발현되는 유전자 모듈 중 블루모듈에 속하는 유전자들의 분석을 보여준 그림이다. 블루모듈에 속하는 유전자들이 외상성 뇌손상 샘플에서 가장 높은 상관관계를 보였다.
도 8b는 블루 모듈에 있는 유전자들의 발현을 외상성 뇌손상과 정상샘플에서 보여주는 Heatmap 그림이다. 녹색은 발현이 상대적으로 낮음을 의미하고 빨강색은 높음을 의미한다.
도 8c는 각 모듈에서 타우인산화와 관련된 유전자들의 발현을 heatmap으로 나타낸 그림이다.
도 9는 PPP3CB가 농도의존적으로 타우 인산화의 레벨을 감소시키는 웨스턴 블랏 그림이다. 이 결과로 인산화되는 타우의 레벨은 PPP3CB의 농도와 반비례를 보임을 알 수 있다.
도 10은 반복적 외상성 뇌손상이 타우 유전자 변형 마우스의 해마영역에서 타우 단백질의 인산화를 증가시키는 그림이다. 마우스 뇌 CA1, CA2, CA3 및 dentate gyrus (DG)에서 AAV-shRNA-PPP3CA가 타우 인산화를 증가시켰고 AAV-shRNA는 변화가 없음을 보여주었다.
FIG. 1A is a graph showing the results of analyzing transcript sequences of a traumatic brain injury sample and four normal regions of a normal sample after extracting RNA from each tissue and analyzing the transcript sequence with a next-generation sequencing analyzer to be. The patterns of expression of normal and brain injury samples are distinctly different.
FIGS. 1B and 1C are diagrams showing genes having the same expression pattern by 12-module analysis by simultaneous gene expression analysis using the expression values of the samples. Expression of the genes in the blue module is down in all brain damage samples. Expression of the genes in the remaining modules is increased in both brain injury samples.
FIG. 1D is an analysis of a biochemical pathway-related database of genes belonging to seven modules that are related to brain damage samples among 12 modules. The blue and cyan modules contain the most genes related to degenerative brain disease. In particular, the genes associated with calcium signaling, Huntington and Alzheimer's are highly related.
FIG. 2A shows an analysis of 3,064 genes belonging to the blue module in a biochemical pathway-related database. The 872 genes with increased expression in traumatic brain injury samples are composed of genes related to the MAPK pathway associated with Alzheimer's disease. The 2,192 genes with reduced expression are mainly associated with degenerative brain disease, including nine genes ( CACNA1F , ATP2A2 , GRIN2A , PPP3CA , PPP3CB , PPP3R1 , CALM1 , CALM2 , CALM3 , and CALML3 ) Among them, there is the calcium-dependent phosphatase gene PPP3CA.
Figure 2b shows the expression levels of PPP3CA , PPP3CB , and PPP3R1 in normal and traumatic brain injury samples. All three genes were significantly reduced in brain injury samples.
FIG. 3A shows the expression of PPP3CA and PPP3CB in 11 normal and 11 traumatic brain injury samples, which were not used for sequencing , by qPCR. This data confirms once again that the expression of the two genes in the brain damage sample is reduced.
FIG. 3B is a photograph showing Western blot analysis of protein expression of PPP3CA and PPP3CB in a normal sample and a traumatic brain injury sample. It can be seen that the two proteins are reduced in the traumatic brain injury samples and that the decrease of these two proteins increases the phosphorylation of the tau protein.
3C is a graph of quantitative analysis of the Western blot data of FIG. 3B with a densitometer. PPP3CA and PPP3CB were reduced in exogenous brain injury samples and the phosphorylation of tau protein (S202 / T205) was significantly increased.
Figures 3d and 3e are tauopathies of brain damage samples from a pathological perspective. Immunohistochemical double staining with 3,3-diaminobenzidine (DAB) in brain tissue of the normal sample and exogenous brain injury and quantitative analysis with densitometry revealed that tau phosphorylation was increased in the brain damaged tissue.
FIG. 4A is a graph showing a decrease in expression of PPP3CA gene in Alzheimer's sample by real-time PCR. FIG. It is known that brain damage is similar to Alzheimer 's disease and that Alzheimer' s are also mediated by tauopathy. This is the result of experiments conducted to confirm whether PPP3CA expression is decreased in Alzheimer 's.
FIGS. 4B and 4C are photographs showing protein expression of PPP3CA and PPP3CB in normal and Alzheimer's samples by Western blotting. FIG. It can be seen that both proteins are reduced in Alzheimer's samples, and the decrease of these two proteins shows that the phosphorylation of tau protein is increased. Western blot data were quantitatively analyzed with a densitometer. PPP3CA and PPP3CB are reduced in Alzheimer's sample and phosphorylation of tau protein (S202 / T205) is remarkably increased.
Figures 4d and 4e illustrate tauopathy of Alzheimer's samples from a pathological perspective. Immunohistochemical double staining with 3,3-diaminobenzidine (DAB) in normal samples and brain tissue of Alzheimer's and quantitative analysis with densitometry showed that tau phosphorylation was increased in Alzheimer's tissue as shown in brain injury.
Figure 4f is a graph showing a decrease in the immunoreactivity of PPP3CA and an increase in phosphorylation of tau by confocal microscopy. It was found that PPP3CA and phosphorylated tau protein were present together in Alzheimer cerebral cortical nerve fiber mass.
Figures 5A-5E are graphs showing that protein phosphatase 2B (PP2B) inhibitors increase tau phosphorylation in two cell lines introduced with the tau-BiFC system. The tau gene was ligated to the N-terminal (VN173) or C-terminal fragment (VC155) of the Venus non-fluorescent protein and the engineered tau was stably expressed in the cell line. And a system in which fluorescence appears when two tau are combined. The system was stably expressed in two cell lines (SH-SY5Y and HEK293) and treated with PPAD3CA inhibitors (Okadaic acid, cyclosporine A & Deltamethrin). Increased accumulation of tau phosphorylation and tau in inhibitor treated cells is evidence that PPP3CA is directly involved in tauopathy.
Figures 6a and 6b show that PPP3CA regulates the dephosphorylation of tau protein in cell models. GFP-PPP3CA, GFP-GSK3B and tau-GFP were transfected into the cells. At this time, GFP-PPP3CA was experimented in a concentration-dependent manner. Proteins were extracted from these cells and subjected to Western blotting. As a result, phosphorylation of tau decreased and GSK3B protein expression amount decreased depending on the treatment concentration of PPP3CA. These results demonstrate that PPP3CA regulates phosphorylation of tau protein.
FIG. 6c is a graph showing that PPP3CA regulates the dephosphorylation of tau protein. The construct was constructed by deleting the catalytic site of PPP3CA, and the protein was extracted and subjected to Western blotting. As a result, there is no change in phosphorylation of tau protein.
FIG. 6d is a graph showing that PPP3CA regulates the dephosphorylation of tau protein. The shRNA construct of PPP3CA was prepared and transfected into cells, followed by Western blotting. As a result, PPP3CA was reduced and tau protein phosphorylation was increased. These results demonstrate that PPP3CA regulates the phosphorylation of tau protein as shown in Figures 6a and 6b.
Figure 6e shows that PPP3CA / PP2B regulates phosphorylation of tau protein in a mouse model system. The shRNAs of PPP3CA were inserted into adeno-associated viral (AAV) vectors and constructed into hippocampal regions of tau (P301L) transgenic mice. I traumatized the mouse head several times in a weight drop manner. Like the cell model, mice with significantly reduced expression of PPP3CA in AAV-shPPP3CA mice were obtained.
FIG. 6f is a graph showing that phosphorylation of tau protein is regulated depending on the concentration of PPP3CA in the mouse obtained in FIG. 6e. FIG. There was an increase in tau phosphorylation in the hippocampal region of traumatized AAV-shPPP3CA mice. As a result, PPP3CA also demonstrated the phosphorylation of tau protein in animal models as well as in cell models.
Figure 6g shows that the shRNA of PPP3CA was inserted into adeno-associated viral (AAV) vectors and then inserted into hippocampal regions of tau (P301L) transgenic mice. I traumatized the mouse head several times in a weight drop manner. As a result, tau phosphorylation was also increased in the dentate gyrus of hippocampus.
Figure 6h is a schematic diagram illustrating the entirety of the present invention. In extrinsic brain damage samples, PPP3CA / PP2B increases phosphorylation of tau protein and increases oligomer formation of phosphorylated tau protein. As a result, neurofilament tangles are formed in brain damaged samples, resulting in loss of neurons.
FIG. 7 is a diagram showing the expression of genes involved in three cell types, ie, neurons, astrocytes, and rare prominent glial cells, in order to examine whether the traumatic brain injury is a cell-specific phenomenon. As can be seen from the results, the gene expression involved in neurons is expressed low in the traumatic brain injury sample whereas the expression of the genes related to the astrocyte and rare prominent glue cells is high.
FIG. 8A is a graph showing analysis of genes belonging to the blue module among co-expressed gene modules revealed by gene network analysis. FIG. The genes belonging to the blue module showed the highest correlation in traumatic brain injury samples.
Figure 8b is a Heatmap showing the expression of genes in the blue module in traumatic brain injury and normal samples. Green means relatively low expression and red means high.
FIG. 8C is a heatmap diagram showing the expression of genes associated with tau phosphorylation in each module.
9 is a western blot figure in which PPP3CB decreases the level of tau phosphorylation in a concentration-dependent manner. As a result, the level of phosphorylated tau is inversely proportional to the concentration of PPP3CB.
Figure 10 is a graph showing that repeated traumatic brain injury increases phosphorylation of tau protein in the hippocampal region of Tau transgenic mice. AAV-shRNA-PPP3CA increased tau phosphorylation in the mouse brain CA1, CA2, CA3 and dentate gyrus (DG) and showed no change in AAV-shRNA.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, these examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited by these examples.

본 발명의 실험을 위한 실험방법과 물질에 대해서 먼저 참고예로 설명하고자 한다. Experimental methods and materials for the experiment of the present invention will be described first as a reference example.

참고예Reference example 1: 인간 조직 1: Human tissue

대조군, Alzheimer's Disease(AD) 및 Chronic Traumatic Encephalopathy(CTE) 인간 뇌 샘플의 신경 병리학적 처리과정은 Boston University Alzheimer's Disease Center(BUADC) 및 만성 Chronic Traumatic Encephalopathy(CTE) 센터에서 기존에 수립된 절차를 따라 수행하였다. 윤리적 허가에 대한 기관 검토위원회의 승인은 BUADC 및 CTE 센터를 통해 획득하였다. 상기 연구는 Boston University School of Medicine Institutional Review Board(Protocol H-28974)에 의해 검토되었으며, 인간대상으로 분류되지 않는 사후 개체로부터 수집 한 조직 만을 사용하여 연구하였기에 면제로 승인되었다. 다음으로 친족들은 뇌 기증에 대한 참여와 정보에 입각 한 동의를 제공했다. 이 연구는 헬싱키 선언에서 인간 피험자 보호의 제도적 규제 지침 및 원칙에 따라 수행하였다. 뇌 조직에 대한 자세한 정보는 표 1(시험대상의 임상학적 정보)과 표 2(AD환자의 나이, 성별, 및 Braak stage)에 설명되어 있으며. 부검 진단을 받은 모든 경우에 AD가 사망 원인으로 명시되었다.Neuropathological processing of human brain samples with controls, Alzheimer's Disease (AD) and Chronic Traumatic Encephalopathy (CTE) was performed following established procedures at Boston University Alzheimer's Disease Center (BUADC) and Chronic Chronic Traumatic Encephalopathy (CTE) Respectively. Approval of the Institutional Review Board for ethical clearance was obtained through the BUADC and CTE centers. The study was reviewed by the Boston University School of Medicine Institutional Review Board (Protocol H-28974) and approved for exemption from studies using only tissues collected from post-mortem subjects not classified as human subjects. Next, relatives gave their participation in brain donation and informed consent. This study was conducted in accordance with the guidelines and principles of institutional regulation of the protection of human subjects in the Helsinki Declaration. Detailed information on brain tissue is provided in Table 1 (clinical information under test) and in Table 2 (age, sex, and Braak stage of AD patients). In all cases diagnosed with autopsy, AD was specified as the cause of death.

SamplesSamples individualindividual LocationLocation DiagnosisDiagnosis Age/SexAge / Sex CTECTE Stage Stage TDPTDP -43-43 SF_T1SF_T1
T1

T1
Superior Frontal Superior Frontal


CTE



CTE



84/M



84 / M



4



4



4



4
AT_T1AT_T1 Anterior Temporal Anterior Temporal PV_T1PV_T1 Posterior Visual Posterior Visual SP_T1SP_T1 Superior Parietal Superior Parietal SF_T2SF_T2
T2


T2

Superior FrontalSuperior Frontal


CTE



CTE



73/M



73 / M



4



4



3



3
AT_T2AT_T2 Anterior TemporalAnterior Temporal PV_T2PV_T2 Posterior VisualPosterior Visual SP_T2SP_T2 Superior Parietal Superior Parietal AT_T3AT_T3
T3

T3
Anterior Temporal Anterior Temporal

CTE


CTE


80/M


80 / M


4


4


1


One
PV_T3PV_T3 Posterior Visual Posterior Visual SP_T3SP_T3 Superior Parietal Superior Parietal SP_T4SP_T4 T4T4 Superior Parietal Superior Parietal CTECTE 73/M73 / M 33 1One SF_T5SF_T5 T5
T5
Superior Frontal Superior Frontal
CTE

CTE

76/M

76 / M

4

4

2

2
AT_T5AT_T5 Anterior Temporal Anterior Temporal SF_T6SF_T6
T6

T6
Superior Frontal Superior Frontal

CTE



CTE



93/M


93 / M


4


4


4


4
AT_T6AT_T6 Anterior Temporal Anterior Temporal PV_T6PV_T6 Posterior Visual Posterior Visual SP_T6SP_T6 Superior Parietal Superior Parietal SF_C1SF_C1
C1

C1
Superior Frontal Superior Frontal

Normal


Normal


88/M


88 / M


무관


irrelevant


무관


irrelevant
AT_C1AT_C1 Anterior Temporal Anterior Temporal SP_C1SP_C1 Superior Parietal Superior Parietal SF_C2SF_C2
C2

C2
Superior Frontal Superior Frontal


Normal



Normal



82/M



82 / M



무관



irrelevant



무관



irrelevant
AT_C2AT_C2 Anterior Temporal Anterior Temporal PV_C2PV_C2 Posterior Visual Posterior Visual SP_C2SP_C2 Superior ParietalSuperior Parietal SF_C3SF_C3
C3


C3

Superior Frontal Superior Frontal


Normal



Normal



74/M



74 / M



무관



irrelevant



무관



irrelevant
AT_C3AT_C3 Anterior Temporal Anterior Temporal PV_C3PV_C3 Posterior Visual Posterior Visual SP_C3SP_C3 Superior Parietal Superior Parietal SF_C4SF_C4
C4


C4

Superior Frontal Superior Frontal


Normal



Normal



67/M



67 / M



무관



irrelevant



무관



irrelevant
AT_C4AT_C4 Anterior Temporal Anterior Temporal PV_C4PV_C4 Posterior Visual Posterior Visual SP_C4SP_C4 Superior Parietal Superior Parietal SF_C5SF_C5
C5


C5

Superior Frontal Superior Frontal


Normal



Normal



87/F



87 / F



무관



irrelevant



무관



irrelevant
AT_C5AT_C5 Anterior Temporal Anterior Temporal SP_C5SP_C5 Superior Parietal Superior Parietal PV_C5PV_C5 Posterior Visual Posterior Visual AT_C6AT_C6 C6C6 Anterior Temporal Anterior Temporal NormalNormal 70/M70 / M 무관irrelevant 무관irrelevant SF_C7SF_C7
C7


C7

Superior Frontal Superior Frontal


Normal




Normal




63/M



63 / M



무관



irrelevant



무관



irrelevant
AT_C7AT_C7 Anterior Temporal Anterior Temporal SP_C7SP_C7 Superior Parietal Superior Parietal PV_C7PV_C7 Posterior VisualPosterior Visual

NumberNumber CaseCase AgeAge SexSex Break stageBreak stage 1One NormalNormal 8787 FF 22 NormalNormal 8888 MM 33 NormalNormal 8686 MM 44 NormalNormal 8787 FF 55 NormalNormal 6767 MM 66 NormalNormal 8282 MM 77 NormalNormal 7070 MM 88 NormalNormal 8888 MM 1One ADAD 7979 FF VI 22 ADAD 7070 MM VI 33 ADAD 8080 FF V 44 ADAD 9292 MM V 55 ADAD 7575 MM V 66 ADAD 8383 MM VI 77 ADAD 7979 FF VI 88 ADAD 8989 MM ⅠⅤ-ⅤI-V

참고예Reference example 2: RNA 서열분석 2: RNA sequence analysis

샘플은 제조사의 지침에 따라 Illumina TruSeq RNA 샘플 준비 키트를 사용하여 서열을 준비하였으며, HiSeq 2000 platform(Illumina, San Diego, CA, USA)에서 서열분석을 진행하였다. 101_bp 염기 서열 쌍 판독 염기 서열은 STAR 2-pass15 방법을 사용하여 hg19 참조 인간 게놈에 매핑하였다. 본 발명자들은 Ensembl 유전자 세트 16 에 기초하여 각각의 유전자에 정렬된 판독 수를 계산하기 위하여 HTSeq를 사용하였다. Samples were prepared using the Illumina TruSeq RNA sample preparation kit according to the manufacturer's instructions and sequenced on a HiSeq 2000 platform (Illumina, San Diego, Calif., USA). The 101_bp base sequence pair reading sequence was mapped to the hg19 reference human genome using the STAR 2-pass 15 method. The inventors used HTSeq to calculate the number of readings aligned to each gene based on Ensembl gene set 16.

본 발명자들은 라이브러리 준비 또는 서열 과정에서 실패한 샘플을 제외시켰으며, 또한 1천만개 미만의 판독이 있는 샘플은 제외하였다. 전체적으로 CTE 환자 18명과 정상인 24명을 검사하였다. 정규화된 판독 횟수는 R 및 Cluster 3.0을 통해 수행하였고 Java Treeview를 통해 시각화된 PCA 또는 클러스터링 분석에 적용하였다(Anders S, Pyl P, Huber W. HTSeq-A Python framework to work with high-throughput sequencing data. Bioinformatics 2015; 31: 166-169; de Hoon MJ,Imoto S, Nolan J, Miyano S. Open source clustering software. Bioinformatics 2004; 20: 1453-1454; Saldanha AJ. Java Treeview--extensible visualization of microarray data. Bioinformatics 2004; 20: 3246-3248)We excluded samples that failed in library preparation or sequencing and also excluded samples with less than 10 million readings. Overall, 18 patients with CTE and 24 normal subjects were examined. The normalized number of readings was performed through R and Cluster 3.0 and applied to PCA or clustering analysis visualized via Java Treeview (Anders S, Pyl P, Huber W. HTSeq-A Python framework to work with high-throughput sequencing data. Bioinformatics 2015; 31: 166-169; de Hoon MJ, Imoto S, Nolan J, Miyano S. Open source clustering software. Bioinformatics 2004; 20: 1453-1454; Saldanha AJ Java treeview - extensible visualization of microarray data. 2004; 20: 3246-3248)

참고예Reference example 3: 3: 공동 발현 분석(Weighted gene Weighted gene analysis coexpressioncoexpression network analysis ) network analysis)

공동 발현 분석은 R 패키지 (v3.0.0) 를 통해 weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) 방법을 사용하여 수행하였다(Langfelder P, Horvath S. WGCNA: an R package for weighted correlation network analysis. BMC Bioinformatics 2008; 9: 559). 전반적으로 24,682 개의 유전자가 각 네트워크를 구성하는 데 사용되었다. 네트워크를 구성하기 위해, 모든 가능한 유전자 쌍에 대해 피어슨 상관 계수(Pearson's correlation coefficient)의 절대값을 계산하였고, 최종 매트릭스가 근사 scale-free topology를 따르도록 결과값을 변형하였다. 각 유전자의 연결성 측정(k)은 다른 유전자와의 연결강도를 합산하여 계산하였다. Co-expression analysis was performed using the weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) method with R package (v3.0.0) (Langfelder P, Horvath S. WGCNA: an R package for weighted correlation network analysis. BMC Bioinformatics 2008 ; 9: 559). Overall, 24,682 genes were used to construct each network. To construct the network, the absolute value of the Pearson's correlation coefficient was calculated for all possible gene pairs, and the final value was modified so that the final matrix conformed to the approximate scale-free topology. The connectivity (k) of each gene was calculated by summing the link strength with other genes.

모듈은 조밀하게 연결된 유전자의 클러스터로 정의된다. 기본적으로 모듈은 차이 측정을 사용하여 계통적 클러스터링 트리의 분기로 표시된다. 각 모듈에는 이후에 색상이 지정된다. 각 모듈의 유전자 발현 프로파일은 모듈 발현 수준의 첫 번째 주성분으로 정의된 모듈 eigengene (모듈 발현 수준의 첫번째 주요 구성성분으로 정의)에 따라 요약되었다. 표현형과의 상관 관계를 평가하기 위해 유전자의 중요성 (GS) 측정치가 계산되었다. 모듈 내 연결성 (intra-modular connectivity, k-within)은 다른 모듈 유전자와 연결 강도를 합산하고 이를 최대 모듈 내 연결성으로 나누어 각 유전자에 대해 계산되었다. 출력물의 가장자리를 포함하기 위한 인접 임계값은 0.2로 설정되었다. 모듈에서 유전자의 eigengene 기반 연결성은 유전자와 상응하는 모듈 eigengene의 상관관계로 정의된다. A module is defined as a cluster of closely linked genes. By default, the module is marked as a branch of the systematic clustering tree using the difference measure. Each module is subsequently color-coded. The gene expression profile of each module was summarized according to the module eigengene (defined as the first major component of the module expression level), defined as the first major component of the module expression level. The significance (GS) measure of the gene was calculated to evaluate the correlation with the phenotype. Intra-modular connectivity (k-within) was calculated for each gene by summing the linking strengths of other module genes and dividing them by the maximum intra-module connectivity. The adjacent threshold to include the edge of the printout was set to 0.2. The eigengene-based connectivity of a gene in a module is defined as the correlation between the gene and the corresponding module eigengene.

참고예 4: KEGG를 기반으로 한 enrichment 분석Reference Example 4: Enrichment analysis based on KEGG

Functional annotation 분석은 KEGG 경로와 함께 Gene Set Enrichment Analysis(GSEA)을 사용하여 유전자 네트워크 모듈과 생물학적 관련성을 부여하는 데 사용하였다(Subramanian A, Tamayo P, Mootha VK, Mukherjee S, Ebert BL, Gillette MA et al. Gene set enrichment analysis: a knowledge-based approach for interpreting genome-wide expression profiles. Proc Natl Acad Sci USA 2005;102: 15545-15550). 각 모듈에서 KEGG term의 enrichment는 초고속 테스트를 기반으로 평가하였다. GSEA의 결과값은 각 유전자 세트에서 유전자 발현 순위 분포의 불균형을 나타내는 enrichment score이다. 중첩 (k)의 유전자 수는 3 이상으로 설정되었다. enrichment score은 유전자 세트의 크기에 따라 정규화하였으며, 이후 정규화 된 enrichment score에 따라 등급을 매겼다. The default False Positive Rate(FDR) q 값 설정 (FDR q 값 <0.05)을 컷-오프(cut-off)로 사용하였다.Functional annotation analysis was used to establish a biological relationship with the gene network module using the Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) with the KEGG pathway (Subramanian A, Tamayo P, Mootha VK, Mukherjee S, Ebert BL, Gillette MA et al Gene set enrichment analysis: a knowledge-based approach for interpreting genome-wide expression profiles. Proc Natl Acad Sci USA 2005; 102: 15545-15550). The enrichment of KEGG term in each module was evaluated based on the high speed test. The outcome of the GSEA is an enrichment score indicating the imbalance of gene expression ranking distribution in each gene set. The number of genes of superposition (k) was set to 3 or more. The enrichment score was normalized according to the size of the gene set and then graded according to the normalized enrichment score. The default False Positive Rate (FDR) q value setting (FDR q value <0.05) was used as a cut-off.

참고예 5: Tau BiFC 세포주 및 배양Reference Example 5: Tau BiFC cell line and culture

HEK293 / tau-BiFC 세포주의 확립은 이전 보고된 문헌에 기술되어있다(Tak H, Haque MM, Kim MJ, Lee JH, Baik JH, Kim Y et al. Himolecular fluorescence complementation; lighting-up Tau-Tau interaction in living cells. PLOS One 2013; 8: e81682). 각각 독립적으로는 형광이 없는, Venus fluorescence protein의 아미노 말단 단편(VN173)과 카르복실 말단 조각 (VC155)을 전장 타우 단백질에 융합시켰다. 뉴런 세포 발현을 위해, tau-BiFC 구조체 (pCMV6-hTau40-VN173 and pCMV6-hTau-VC155)를 SH-SY5Y로 형질감염시켰다. SH-SY5Y/tau-BiFC 안정 세포는 Geneticin (200 ㎍/ml)을 사용하여 선택하였다. 타우의 인산화는 Venus fluorescence protein의 성숙이 형광 신호를 방출 할 수 있게 하는 2 개의 타우 분자의 집합 또는 응집을 초래했다. 모든 확립된 세포주는 10 % 태아 소 혈청, 10,000 units/ml 페니실린, 10,000 ㎍/ml 스트렙토마이신 및 1 ㎍/ml Geneticin을 함유한 Dulbecco 변형 이글 배지에서 37.5 % CO2를 함유하는 가습 분위기에서 배양하였다.Establishment of the HEK293 / tau-BiFC cell line has been described in the previously reported document (Tak H, Haque MM, Kim MJ, Lee JH, Baik JH, Kim Y et al Himolecular fluorescence complementation, living cells. PLOS One 2013; 8: e81682). The amino-terminal fragment (VN173) and the carboxyl-terminal fragment (VC155) of Venus fluorescence protein, independently of each other, were fused to the full-length tau protein. For neuronal cell expression, the tau-BiFC constructs (pCMV6-hTau40-VN173 and pCMV6-hTau-VC155) were transfected with SH-SY5Y. SH-SY5Y / tau-BiFC Stable cells were selected using Geneticin (200 μg / ml). Phosphorylation of tau resulted in the aggregation or aggregation of two tau molecules that allowed the maturation of the Venus fluorescence protein to emit a fluorescent signal. All established cell lines were cultured in a humidified atmosphere containing 37.5% CO2 in Dulbecco's modified Eagle's medium containing 10% fetal bovine serum, 10,000 units / ml penicillin, 10,000 占 퐂 / ml streptomycin and 1 占 퐂 / ml Geneticin.

참고예Reference example 6: 살아있는 세포의 이미지화 및 분석(Live cell imaging and analysis) 6: Live cell imaging and analysis

현미경 이미지 분석을 위해, HEK293 tau-BiFC 및 SH-SY5Y tau-BiFC 세포를 검정색 384-웰 플레이트 상에 플레이팅 하였다. 다음날 tau-BiFC 세포를 다양한 농도의 오카다인산 (O8010, Sigma), 사이클로스포린 A (C3662, Sigma) 또는 델타 메스린 (D9315, Sigma)으로 처리하였다. 29시간 동안 배양한 후, 플레이트를 Operetta® high contents imaging system (PerkinElmer)을 사용하여 영상화하였다. Tau-BiFC 형광의 세포 강도를 Harmony 3.1 분석 소프트웨어를 사용하여 분석하였다. 각각의 실험은 3회 수행되었다. BiFC 강도에 대한 막대그래프는 세 번의 독립적인 실험에서 평균 ± SEM을 나타낸다.For microscopic image analysis, HEK293 tau-BiFC and SH-SY5Y tau-BiFC cells were plated on black 384-well plates. The next day, tau-BiFC cells were treated with various concentrations of okadaic acid (O8010, Sigma), cyclosporin A (C3662, Sigma) or deltamethrin (D9315, Sigma). After incubation for 29 hours, the plates were imaged using an Operetta high contents imaging system (PerkinElmer). Cellular intensities of Tau-BiFC fluorescence were analyzed using Harmony 3.1 analysis software. Each experiment was performed three times. The bar graph for BiFC intensity represents the mean ± SEM in three independent experiments.

참고예 7: 공촛점 현미경 분석(Confocal microscopy)Reference Example 7: Confocal microscopy

이전에 문헌에 보고된 방에 따라(Rahman A, Grundke-Iqbal I, Iqbal K. PP2B isolated from human brain preferentially dephosphorylates Ser-262 and Ser-396 of the Alzheimer disease abnormally hyperphosphorylated tau. J Neural Transm. 2006; 113: 219-230), p-Tau (S199) (rabbit polyclonal, 1 : 200, Abcam), p-Tau (S202 / T205) (마우스 단일 클론, 1 : 500, Thermo Scientific) 및 PP2B / PPP3CA (rabbit polyclonal , 1 : 200, SantaCruz Biotech.)를 위해 조직과 세포를 면역 염색을 수행하였다. 공촛점 현미경 분석을 위해, 표본을 1차 항체 배양 후 형광 (FITC)-접합된 2차 항체 (Vector, Burlingame, CA) 및 Cy3-결합된 2 차 항체 (Jackson Lab)로 1시간 동안 항온배양하였다. 이미지는 스피닝 디스크 공촛점 현미경 (IX2-DSU, Olympus)을 사용하여 분석하였다. 과량의 표적 단백질에 의한 사전 흡수 또는 1차 항체의 누락은 항체 특이성을 입증하고 검출 분석에서 생성된 배경을 결정하는데 사용되었다.According to the chamber reported previously (Rahman A, Grundke-Iqbal I, Iqbal K. PP2B isolated from human brain preferentially dephosphorylates Ser-262 and Ser-396 of the Alzheimer disease abnormally hyperphosphorylated tau J Neural Transm. 2006; Tau (S202 / T205) (mouse monoclonal, 1: 500, Thermo Scientific) and PP2B / PPP3CA (rabbit polyclonal, , 1: 200, SantaCruz Biotech.) Were immunostained for tissue and cells. For confocal microscopy analysis, specimens were incubated with primary (FITC) -conjugated secondary antibodies (Vector, Burlingame, CA) and Cy3-linked secondary antibodies (Jackson Lab) for 1 hour after primary antibody culture . Images were analyzed using a spinning disk confocal microscope (IX2-DSU, Olympus). Pre-absorption by an excess of target protein or omission of the primary antibody was used to demonstrate antibody specificity and to determine the background generated in the detection assay.

참고예Reference example 8: 면역조직화학 분석( 8: Immunohistochemical analysis ImmunohistochemistryImmunohistochemistry ))

면역조직화학 분석은 상기 기술된 바와 같이 수행되었다(Lee J, Hwang YJ, Shin JY, Lee WC, Wie J, Kim KY et al. Epigenetic regulation of cholinergicreceptor M1 (CHRM1) by histone H3K9me3 impairs Ca2 + signaling in Huntington's disease Acta Neuropathol 2013; 125:727-739). 파라핀 포매 조직은 10-20 ㎛의 관상면에서 절개하였다. 조직 절편을 다시 수화시키고 불로킹 용액 (1 % H2O2)으로 불록킹한 후 p-Tau (S202 / T205) (1 : 200), PP2B / PPP3CA (1 : 200, SantaCruz Biotech), p-Tau ) (1 : 200, Abcam) 및 항 -III 투불린 항체 (1 : 500 희석액, SIGMA)를 24시간 동안 처리하였다. 3회 세척한 후, 슬라이드를 벡터 ABC 키트 (Vector Lab)로 처리하였다. 면역 반응성 신호는 DAB chromogen (Thermo Fisher Scientific, Meridian, Rockford, USA)으로 측정하고 명시야 현미경(bright field microscope)로 분석하였다.Immunohistochemical analysis was performed as previously described (Lee J, Hwang YJ, Shin JY, Lee WC, Wie J, Kim KY et al. Epigenetic regulation of cholinergicreceptor M1 (CHRM1) by histone H3K9me3 impairs Ca 2 + signaling in Huntington ' s disease Acta Neuropathol 2013; 125: 727-739). The paraffin embedded tissues were incised in 10-20 ㎛ coronal plane. Tissue sections were rehydrated and blocked with brothing solution (1% H2O2), then p-Tau (S202 / T205) (1: 200), PP2B / PPP3CA (1: 200, SantaCruz Biotech) 1: 200, Abcam) and an anti-III typing antibody (1: 500 dilution, SIGMA) for 24 hours. After three washes, the slides were treated with a vector ABC kit (Vector Lab). Immunoreactivity signals were measured with a DAB chromogen (Thermo Fisher Scientific, Meridian, Rockford, USA) and analyzed with a brightfield microscope.

참고예 9: 웨스턴 블랏 분석(Western blot analysis)Reference Example 9: Western blot analysis [

웨스턴 블랏 분석은 상기한 바와 같이 수행하였다(Rahman A, Ting K, Cullen KM, Braidy N, Brew BJ, Guillemin GJ et al. The excitotoxin quinolinic acid induces tau phosphorylation in human neurons. PLoS One 2009; 4: e6344). p-Tau 및 다른 단백질의 검출을 위해, 웨스턴 블랏을 항-p-Tau (S199) (1 : 1000; AbCam), 항-p-Tau (S396) (1 : 1000), 항-p-Tau (1 : 1000) 및 anti-β-actin (1 : 10000; Sigma Aldrich) 항체로 처리 후 호스래디시 퍼옥시다제 (horseradish peroxidase) 에 접합된 적절한 이차 항체 (Pierce, 170-6515 및 170 -6516). 향상된 화학발광(ECL) 키트 (Thermo Scientific)를 사용하여 면역 반응을 검출하였다.Western blot analysis was performed as described above (Rahman A, Ting K, Cullen KM, Braidy N, Brew BJ, Guillemin GJ et al., The excitotoxin quinolinic acid induces tau phosphorylation in human neurons. . p-Tau (S199) (1: 1000; AbCam), anti-p-Tau (S396) (1: 1000), anti-p-Tau (Pierce, 170-6515 and 170-6516) conjugated to horseradish peroxidase after treatment with anti-beta-actin (1: 10000; Sigma Aldrich) An enhanced chemiluminescence (ECL) kit (Thermo Scientific) was used to detect the immune response.

참고예Reference example 10: 정량적인 실시간  10: Quantitative real time 중합효소연쇄반응Polymerase chain reaction (Quantitative real-time (Quantitative real-time PCRPCR , qPCR), qPCR)

TRIzol 시약 (MRC, TR118)을 사용하여 냉동 뇌 조직에서 전체 RNA를 추출 하였다 (Lee J, Hwang YJ, Shin JY, Lee WC, Wie J, Kim KY et al. Epigenetic regulation of cholinergicreceptor M1 (CHRM1) by histone H3K9me3 impairs Ca2+ signaling in Huntington's disease Acta Neuropathol 2013; 125:727-739.). SYBR Green Real-Time PCR Master Mix (Toyobo, QPK-201, Japan)를 사용하여 50 ng의 RNA를 정량적 RT-PCR 증폭용 주형으로 사용하였다. 플래토(plateau)가 시작되기 전에, 프라이머는 사이클의 선형 범위에서 표준화되었다. 프라이머 서열을 표 3(유전자의 발현을 보기 위해 qPCR에 사용된 Primer들의 정보)에 나타내었다.Total RNA was extracted from frozen brain tissue using TRIzol reagent (MRC, TR118) (Lee J, Hwang YJ, Shin JY, Lee WC, Wie J Kim KY et al.) Epigenetic regulation of cholinergicreceptor M1 (CHRM1) by histone H3K9me3 impairs Ca2 + signaling in Huntington's disease Acta Neuropathol 2013; 125: 727-739.). 50 ng of RNA was used as a template for quantitative RT-PCR amplification using SYBR Green Real-Time PCR Master Mix (Toyobo, QPK-201, Japan). Prior to the start of the plateau, the primers were normalized in a linear range of cycles. Primer sequences are shown in Table 3 (information of primers used in qPCR to view gene expression).

GeneGene 방향direction Oligo SequenceOligo Sequence 서열번호SEQ ID NO: PPP3CA
(catalytic domain)
PPP3CA
(catalytic domain)
ForwardForward 5'-GATGAAGCTCTTTGAAGTCG-3'5'-GATGAAGCTCTTTGAAGTCG-3 ' 1One
ReverseReverse 5'-AGTCAAAGGCATCCATACAG-3'5'-AGTCAAAGGCATCCATACAG-3 ' 22 PPP3CA
(Exon13)
PPP3CA
(Exon 13)
ForwardForward 5'-CTAGAAGTCCCCAATGCAGTA-3'5'-CTAGAAGTCCCCAATGCAGTA-3 ' 33
ReverseReverse 5'-TCTTGCCTCTGACAGTAGCTT-3'5'-TCTTGCCTCTGACAGTAGCTT-3 ' 44 PPP3CA
(inhibitory domain)
PPP3CA
(inhibitory domain)
ForwardForward 5'-AGGAAGAAGCCTGTGGAAAT-3'5'-AGGAAGAAGCCTGTGGAAAT-3 ' 55
ReverseReverse 5'-GAATTCTCATCCTTCCACTGA-3'5'-GAATTCTCATCCTTCCACTGA-3 ' 66 PPP3CB
PPP3CB
ForwardForward 5'-GTGAAAGAAGGTCGAGTAGA-3'5'-GTGAAAGAAGGTCGAGTAGA-3 ' 77
ReverseReverse 5'-GGTATCGTGTATTAGCAGGT-3'5'-GGTATCGTGTATTAGCAGGT-3 ' 88 PPP1CA
(catalytic domain)
PPP1CA
(catalytic domain)
ForwardForward 5'-AGAAGACGGCTATGAGTTCT-3'5'-AGAAGACGGCTATGAGTTCT-3 ' 99
ReverseReverse 5'-GTACTTCCCCTTGTTCTTGT-3'5'-GTACTTCCCCTTGTTCTTGT-3 ' 1010 GAPDH
GAPDH
ForwardForward 5'-GAAATCCCATCACCATCTTCC-3'5'-GAAATCCCATCACCATCTTCC-3 ' 1111
ReverseReverse 5'-GAGGCTGTTGTCATACTTCTC-3'5'-GAGGCTGTTGTCATACTTCTC-3 ' 1212

내부 대조군으로서 GAPDH를 사용하였다. 실시간 데이터 수집은 95°C에서 1 분 x 1 사이클, 95°C 에서 15 초, 60°C에서 1분 45초 사이클의 사이클 조건에서 LightCyler96 Real-Time PCR System (Roche Diagnostics, Germany)을 사용하여 수행했다. LightCyler96 소프트웨어를 사용하여 상대적인 유전자 발현을 분석하고 미리 정의된 임계값보다 높은 형광 신호를 생성하는 데 필요한 사이클 수를 Ct로 표시했다.GAPDH was used as an internal control. Real-time data acquisition was performed using the LightCyler 96 Real-Time PCR System (Roche Diagnostics, Germany) at cycle conditions of 1 min x 1 cycle at 95 ° C, 15 sec at 95 ° C, 1 min 45 sec cycle at 60 ° C did. LightCyler96 software was used to analyze the relative gene expression and indicate the number of cycles required to generate a fluorescence signal above a predefined threshold in Ct.

참고예Reference example 11:  11: PPP3CAPPP3CA shRNA을shRNA 포함하는  Included rAAVrAAV 벡터의 제작 및 전달 Creation and delivery of vectors

생체 내(in vivo) 유전자 사일런싱을 위해, PPP3CA에 대한 마우스 shRNA 서열을 HpaI / XhoI 사이트 (Addgene # 21907)를 사용하여 pSicoR 벡터에 클로닝하고, MluI / BglII 부위를 사용하여 pAAV-MCS 벡터 (Stratagene)에 서브 클로닝 하였다. 높은 역가의 rAAV 벡터는 헬퍼 바이러스가 없는 시스템을 사용하여 HEK293TN 세포에서 생산되었다. 간단히 말해서, 같은 몰량의 rep / cap / helper 플라스미드와 함께 형질 감염시킨 후에, rAAV 벡터는 생산되었다. 72 시간 동안 배양 한 후, 세포를 용해시키고, 벤조나제(benzonase) (Sigma # E1014)로 처리하고, HiTrap 헤파린 컬럼 (GE healthcare # 17-0460-01)을 사용하여 추가로 정제하였다. Amicon ultra-15 원심 분리 필터 장치 (Millipore # UFC9100)를 사용하여 최종 부피까지 농축시켰다. rAAV-PPP3CA shRNA를 뇌에 전달하기 위해 stereotactic microinjection 방법을 사용했다. 앞서 설명한 것처럼 rAAV-shControl 및 AAV-PPP3CA shRNA를 4 개월된 야생형 생쥐와 Tau 트랜스제닉 (P301L) 마우스의 치아 이랑 (AP : -2, ML : 1.5, DV : -1.85)에 전달했다.For in vivo gene silencing, the mouse shRNA sequence for PPP3CA was cloned into the pSicoR vector using the HpaI / XhoI site (Addgene # 21907) and the pAAV-MCS vector (Stratagene) using the MluI / BglII site ). High-potency rAAV vectors were produced in HEK293TN cells using a helper virus-free system. Briefly, after transfection with the same molar rep / cap / helper plasmid, the rAAV vector was produced. After 72 hours of incubation, cells were lysed, treated with benzonase (Sigma # E1014) and further purified using HiTrap heparin column (GE healthcare # 17-0460-01). And concentrated to a final volume using an Amicon ultra-15 centrifugal filter device (Millipore # UFC9100). A stereotactic microinjection method was used to deliver rAAV-PPP3CA shRNA to the brain. As previously described, rAAV-shControl and AAV-PPP3CA shRNA were delivered to tooth marrow (AP: -2, ML: 1.5, DV: -1.85) of 4 month old wild-type mice and Tau transgenic (P301L) mice.

참고예 12: TBI 동물 모델Reference Example 12: TBI animal model

동물 실험을 위한 모든 절차는 국제 표준 및 지침에 따라 한국과학기술연구원의 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC)의 승인을 받았다. 생후 4 개월 된 야생형 (C57BL / 6) 및 Tau -트랜스제닉 (P301L) 마우스를 본 연구에 사용하였다. 쥐에게 통제된 환경에서 표준 실험실 식단과 물을 자유롭게 먹였다. 마우스는 3 일 간격으로 3 개의 체중 강하 유도 폐쇄 확산 TBI를 받았다. 본 발명자들은 전술한 바와 같이 중량 감소 장치 (무게 100g, 낙하 높이 75cm, 각도 90도)를 사용하여 폐쇄 확산 TBI를 유도하였다(25). 해부학적 위치는 bregma -1 ~ ± 4로 맞추었다. 모든 마우스는 초기에 2 % avertin (23 ㎍/g)을 IP 주사로 마취하여 체중감소로 유도된 TBI를 받았다. Sham-injured 동물은 마취 투여의 동일한 프로토콜을 받았으나, 체중은 결코 떨어지지 않았다. TBI 후, 상업적으로 이용 가능한 가열 패드를 사용하여 가열된 깨끗한 케이지에서 마우스를 앙와위로 두었다. 정상적인 행동 (예를 들면, 손질, 걷기, 탐구)이 회복된 후, 마우스를 원래의 우리에 되돌렸다. 우리는 열린 장 (open field)에 기초한 동물 행동을 조사하고 신경조직학적 변화를 평가했다. 동물은 마지막 충격 후 24 시간에 안락사시키고, sham-operated 동물은 마지막 마취 후 24 시간에 안락사시켰다.All procedures for animal testing have been approved by the Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) of the Korea Institute of Science and Technology in accordance with international standards and guidelines. Four-month old wild-type (C57BL / 6) and Tau-transgenic (P301L) mice were used in this study. Rats fed a standard laboratory diet and water in a controlled environment. Mice received three weight-loss induction closure spreading TBI at 3-day intervals. We used a weight reduction device (weight 100 g, drop height 75 cm, angle 90 degrees) as described above to induce closed diffusion TBI (25). The anatomical location was adjusted to bregma -1 to ± 4. All mice were initially anesthetized with IP injection of 2% avertin (23 μg / g) and received weight loss induced TBI. Sham-injured animals received the same protocol of anesthetic administration, but never lost weight. After TBI, the mice were placed in a supine position in a clean, heated cage using a commercially available heating pad. After normal behavior (eg, grooming, walking, exploration) was restored, we returned the mouse to the original us. We investigated animal behavior based on open fields and assessed neuro-histological changes. Animals were euthanized 24 hours after the last shock and sham-operated animals were euthanized 24 hours after the last anesthetic.

실시예Example 1:  One: CTE의CTE 전사체Transcript 분석 analysis

이전에 CTE의 발병 기전에 대한 유전자 발현의 잠재적 기여에 관해 연구된 적이 없다. 본 발명자들은 신경병리학적으로 확인된 CTE 단계 III 및 단계 IV인 6개의 피험체와 7개의 정상대조군으로부터 사후 뇌 조직의 네개의 부위(전방측두엽(anterior temporal; AT), 후방시각 (posterior visual; PV), 상측 전두엽(superior frontal; SF) 및 상측 두정엽(superior parietal; SP) 피질 조직)에서 각각 RNA를 추출한 후, RNA 시퀀싱을 수행하였다(표 1 참고).Previously, the potential contribution of gene expression to the pathogenesis of CTE has never been studied. The present inventors have identified four regions of posterior brain tissue (anterior temporal (AT), posterior visual (PV), and posterior visual (CT) phases from six subjects and seven normal controls with neuropathologically confirmed CTE stages III and IV, ), The superior frontal (SF), and the superior parietal (SP) cortical tissue). RNA sequencing was then performed (see Table 1).

쌍방향 말단 RNA 시퀀싱(Paired-end RNA-Seq)은 Illumina HiSeq 2000 플랫폼을 사용하여 수행하였고, 시퀀싱 판독은 hg19 참조 인간 게놈에 정렬하였다. 평균 판독 건수는 7천 1백만 건(정상인의 경우 평균 7400만, CTE 샘플의 경우 평균 7600만 건)이였으며 전체 판독의 약 77.4 %가 인간 전사체로 매핑되었다(표 4-1 및 표 4-2).  Paired-end RNA-Seq was performed using the Illumina HiSeq 2000 platform, and the sequencing readings were aligned to the hg19 reference human genome. The average number of readings was 71 million (74 million average for normal subjects and 76 million for CTE samples), and approximately 77.4% of the total readings were mapped to human transcripts (Table 4-1 and Table 4-2 ).

SamplesSamples Read Length (bp)Read Length (bp) # of Reads  # of Reads BasesBases Uniquely mapped reads (Uniquely mapped reads ( %% )) #  # of Uniquelyof Uniquely mapped reads    mapped reads Mapped BasesMapped Bases SF_T1SF_T1 2 X 1012 X 101 89,477,96689,477,966 9,037,274,5669,037,274,566 79.41%79.41% 71,051,65471,051,654 7,176,217,0547,176,217,054 AT_T1AT_T1 2 X 1012 X 101 82,974,81882,974,818 8,380,456,6188,380,456,618 76.06%76.06% 63,112,40863,112,408 6,374,353,2086,374,353,208 PV_T1PV_T1 2 X 1012 X 101 72,850,87472,850,874 7,357,938,2747,357,938,274 74.44%74.44% 54,232,25454,232,254 5,477,457,6545,477,457,654 SP_T1SP_T1 2 X 1012 X 101 59,511,69859,511,698 6,010,681,4986,010,681,498 75.32%75.32% 44,825,70644,825,706 4,527,396,3064,527,396,306 SF_T2SF_T2 2 X 1012 X 101 55,326,84455,326,844 5,588,011,2445,588,011,244 79.39%79.39% 43,921,86643,921,866 4,436,108,4664,436,108,466 AT_T2AT_T2 2 X 1012 X 101 76,292,53876,292,538 7,705,546,3387,705,546,338 79.89%79.89% 60,947,12260,947,122 6,155,659,3226,155,659,322 PV_T2PV_T2 2 X 1012 X 101 52,789,16252,789,162 5,331,705,3625,331,705,362 75.92%75.92% 40,078,71640,078,716 4,047,950,3164,047,950,316 SP_T2SP_T2 2 X 1012 X 101 66,284,57066,284,570 6,694,741,5706,694,741,570 78.17%78.17% 51,815,35851,815,358 5,233,351,1585,233,351,158 AT_T3AT_T3 2 X 1012 X 101 88,249,74688,249,746 8,913,224,3468,913,224,346 82.20%82.20% 72,538,13472,538,134 7,326,351,5347,326,351,534 PV_T3PV_T3 2 X 1012 X 101 104,741,092104,741,092 10,578,850,29210,578,850,292 82.97%82.97% 86,903,17686,903,176 8,777,220,7768,777,220,776 SP_T3SP_T3 2 X 1012 X 101 68,224,76268,224,762 6,890,700,9626,890,700,962 77.06%77.06% 52,574,35252,574,352 5,310,009,5525,310,009,552 SP_T4SP_T4 2 X 1012 X 101 91,831,50091,831,500 9,274,981,5009,274,981,500 86.16%86.16% 79,118,05079,118,050 7,990,923,0507,990,923,050 SF_T5SF_T5 2 X 1012 X 101 80,498,58280,498,582 8,130,356,7828,130,356,782 81.93%81.93% 65,950,64665,950,646 6,661,015,2466,661,015,246 AT_T5AT_T5 2 X 1012 X 101 94,223,30494,223,304 9,516,553,7049,516,553,704 79.44%79.44% 74,851,08074,851,080 7,559,959,0807,559,959,080 SF_T6SF_T6 2 X 1012 X 101 77,081,78877,081,788 7,785,260,5887,785,260,588 78.87%78.87% 60,795,15060,795,150 6,140,310,1506,140,310,150 AT_T6AT_T6 2 X 1012 X 101 81,407,01281,407,012 8,222,108,2128,222,108,212 69.02%69.02% 56,189,19456,189,194 5,675,108,5945,675,108,594 PV_T6PV_T6 2 X 1012 X 101 47,711,98447,711,984 4,818,910,3844,818,910,384 78.47%78.47% 37,440,36237,440,362 3,781,476,5623,781,476,562 SP_T6SP_T6 2 X 1012 X 101 79,633,89079,633,890 8,043,022,8908,043,022,890 71.99%71.99% 57,324,58257,324,582 5,789,782,7825,789,782,782 SF_C1SF_C1 2 X 1012 X 101 67,647,63667,647,636 6,832,411,2366,832,411,236 57.26%57.26% 38,737,87438,737,874 3,912,525,2743,912,525,274 AT_C1AT_C1 2 X 1012 X 101 74,646,30274,646,302 7,539,276,5027,539,276,502 91.36%91.36% 68,196,39068,196,390 6,887,835,3906,887,835,390 SP_C1SP_C1 2 X 1012 X 101 70,227,80070,227,800 7,093,007,8007,093,007,800 77.35%77.35% 54,317,97254,317,972 5,486,115,1725,486,115,172 SF_C2SF_C2 2 X 1012 X 101 76,371,85676,371,856 7,713,557,4567,713,557,456 60.67%60.67% 46,337,95846,337,958 4,680,133,7584,680,133,758 AT_C2AT_C2 2 X 1012 X 101 85,536,65085,536,650 8,639,201,6508,639,201,650 75.36%75.36% 64,461,77464,461,774 6,510,639,1746,510,639,174 PV_C2PV_C2 2 X 1012 X 101 84,707,52484,707,524 8,555,459,9248,555,459,924 65.46%65.46% 55,447,14055,447,140 5,600,161,1405,600,161,140 SP_C2SP_C2 2 X 1012 X 101 87,699,93487,699,934 8,857,693,3348,857,693,334 77.70%77.70% 68,139,49268,139,492 6,882,088,6926,882,088,692 SF_C3SF_C3 2 X 1012 X 101 86,123,18086,123,180 8,698,441,1808,698,441,180 75.58%75.58% 65,091,71865,091,718 6,574,263,5186,574,263,518 AT_C3AT_C3 2 X 1012 X 101 99,450,72099,450,720 10,044,522,72010,044,522,720 81.71%81.71% 81,264,28281, 264, 282 8,207,692,4828,207,692,482 PV_C3PV_C3 2 X 1012 X 101 90,908,22290,908,222 9,181,730,4229,181,730,422 70.12%70.12% 63,744,80863,744,808 6,438,225,6086,438,225,608 SP_C3SP_C3 2 X 1012 X 101 112,046,048112,046,048 11,316,650,84811,316,650,848 62.38%62.38% 69,894,91669,894,916 7,059,386,5167,059,386,516 SF_C4SF_C4 2 X 1012 X 101 69,153,50269,153,502 6,984,503,7026,984,503,702 81.46%81.46% 56,334,95256,334,952 5,689,830,1525,689,830,152 AT_C4AT_C4 2 X 1012 X 101 86,533,64086,533,640 8,739,897,6408,739,897,640 79.55%79.55% 68,837,33268,837,332 6,952,570,5326,952,570,532 PV_C4PV_C4 2 X 1012 X 101 64,090,50464,090,504 6,473,140,9046,473,140,904 76.49%76.49% 49,020,50649,020,506 4,951,071,1064,951,071,106 SP_C4SP_C4 2 X 1012 X 101 49,689,83849,689,838 5,018,673,6385,018,673,638 57.41%57.41% 28,525,60628,525,606 2,881,086,2062,881,086,206 SF_C5SF_C5 2 X 1012 X 101 53,770,43053,770,430 5,430,813,4305,430,813,430 87.23%87.23% 46,905,74846,905,748 4,737,480,5484,737,480,548 AT_C5AT_C5 2 X 1012 X 101 61,453,16861,453,168 6,206,769,9686,206,769,968 88.65%88.65% 54,475,92454,475,924 5,502,068,3245,502,068,324 SP_C5SP_C5 2 X 1012 X 101 67,454,28867,454,288 6,812,883,0886,812,883,088 78.49%78.49% 52,947,45652,947,456 5,347,693,0565,347,693,056 PV_C5PV_C5 2 X 1012 X 101 81,778,60481,778,604 8,259,639,0048,259,639,004 88.67%88.67% 72,509,85072,509,850 7,323,494,8507,323,494,850 AT_C6AT_C6 2 X 1012 X 101 62,723,58862,723,588 6,335,082,3886,335,082,388 83.23%83.23% 52,201,81252,201,812 5,272,383,0125,272,383,012 SF_C7SF_C7 2 X 1012 X 101 74,618,21874,618,218 7,536,440,0187,536,440,018 80.35%80.35% 59,953,84659,953,846 6,055,338,4466,055,338,446 AT_C7AT_C7 2 X 1012 X 101 43,290,41643,290,416 4,372,332,0164,372,332,016 86.18%86.18% 37,309,55637,309,556 3,768,265,1563,768,265,156 SP_C7SP_C7 2 X 1012 X 101 62,895,18862,895,188 6,352,413,9886,352,413,988 90.56%90.56% 56,955,94656,955,946 5,752,550,5465,752,550,546 PV_C7PV_C7 2 X 1012 X 101 67,292,52267,292,522 6,796,544,7226,796,544,722 90.14%90.14% 60,654,42660, 654, 426 6,126,097,0266,126,097,026 AT_AD1AT_AD1 2 X 1012 X 101 73,765,17073,765,170 7,450,282,1707,450,282,170 78.71%78.71% 58,061,44258,061,442 5,864,205,6425,864,205,642 AT_AD2AT_AD2 2 X 1012 X 101 83,992,03083,992,030 8,483,195,0308,483,195,030 81.82%81.82% 68,722,09668,722,096 6,940,931,6966,940,931,696 AT_AD3AT_AD3 2 X 1012 X 101 51,885,62451,885,624 5,240,448,0245,240,448,024 79.58%79.58% 41,288,22441,288,224 4,170,110,6244,170,110,624 AT_AD4AT_AD4 2 X 1012 X 101 46,649,48446,649,484 4,711,597,8844,711,597,884 65.74%65.74% 30,667,54830,667,548 3,097,422,3483,097,422,348

샘플 간의 유사점과 차이점을 평가하기 위해 RNA-seq 샘플에 대한 주성분 분석(principal component analysis; PCA)을 수행하였다. 그 결과 CTE와 정상군 사이의 전사체 패턴(도 1a)이 명확하게 구별됨을 확인하였다.Principal component analysis (PCA) was performed on the RNA-seq samples to evaluate the similarities and differences between the samples. As a result, it was confirmed that the transcript pattern (FIG. 1A) between the CTE and the normal group was clearly distinguished.

실시예 2: 유전자 네트워크 분석으로 공동 발현되는 유전자 모듈 확인Example 2: Identification of gene modules co-expressed by gene network analysis

본 발명자들은 CTE 관련 공동 발현 모듈(module)과 핵심 구성요소를 확인하기 위해 weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) 19을 수행하였다. WGCNA는 편향된 방식으로 유사한 발현 패턴을 갖는 유전자를 모이게 하여 전사 패턴의 생물학적 해석을 가능하게 한다. 본 발명자들은 74 부터 3,355 까지의 상이한 유전자 사이즈를 가지는 12 개의 구분되는 공동발현 모듈을 확인하였다. 네트워크 내에서 총 13,331 개의 유전자는 다른 유전자들과의 유사한 공동-발현을 공유하지 않았으며, 어떠한 모듈에도 속하지 않았다(도 1b).The present inventors performed weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) 19 to identify CTE-related co-expression modules and key components. WGCNA allows biologic interpretation of transcription patterns by assembling genes with similar expression patterns in a biased manner. The present inventors identified twelve distinct co-expression modules with different gene sizes from 74 to 3,355. A total of 13,331 genes in the network did not share similar co-expression with other genes and did not belong to any module (Fig. 1b).

module eigengene은 그 모듈로 분류된 모든 유전자의 발현(expression)을 나타낸다. Pearson's method를 사용하여 각 eigengene 발현이 CTE 상태 또는 뇌 영역 (AT, PV, SF 및 SP)과 같은 실험 변수와 상관관계가 있는지 살펴본 결과, 오직 CTE 상태만이 module eigengenes와 양성적(positively) 또는 음성적(negatively)으로 연관되어 있었다(도 1c). 블루 모듈 (r = -0.87, P = 8x10-14)은 CTE 피험체들과 음의 상관관계가 있었으며, 이 모듈에 포함된 많은 유전자들이 CTE뇌에서 하향 조절되었다. 반면, CTE의 다른 중요한 모듈들은 양의 상관관계를 나타내었다. 세포유형-특이적 유전자의 발현 패턴 변화와 관련된 결과로 뉴런 및 희소 돌기 아교 세포(oligodendrocytes)와 관련된 유전자가 CTE 진행에 영향을 받음을 확인하였다. 구체적으로, 뉴런 관련 유전자는 블루 모듈에서 많이 포함되어 있었으며, CTE에서는 발현이 감소되었다(도 7). 이는 PCA 분석과 일치하며, WGCNA 분석에서도 4개의 뇌 영역에서 유의한 차이를 보이지 않았다. 오직 AT와 PV만이 각각 자주색 및 검은 색 모듈과 양의 상관관계를 나타내었다.module eigengene represents the expression of all genes classified into the module. Using Pearson's method, each eigengene expression was correlated with experimental variables such as CTE status or brain regions (AT, PV, SF and SP). Only CTE status was positively or negatively correlated with module eigengenes (Fig. 1C). Blue modules (r = -0.87, P = 8x10-14) were negatively correlated with CTE subjects, and many of the genes included in this module were down-regulated in the CTE brain. On the other hand, other important modules of the CTE showed a positive correlation. As a result of changes in the expression patterns of cell type-specific genes, we confirmed that genes related to neurons and oligodendrocytes were affected by CTE progression. Specifically, the neuron-related gene was contained in a large amount in the blue module, and the expression was decreased in the CTE (FIG. 7). This was consistent with the PCA analysis, and WGCNA analysis showed no significant difference in the four brain regions. Only AT and PV showed positive correlation with purple and black modules, respectively.

CTE와 높은 상관관계가 확인된 모듈의 생물학적 관련성을 이해하기 위해 KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) pathways(도 1d)와 gene set enrichment analysis(GSEA)을 수행하였다. 7 개의 모듈 중 2 개(블루과 청록색 모듈)의 모듈은 신경 퇴행성 질환, 신경 생리 기능과 직접 관련이 있는 특정 기능 경로에서 고도로 강화되었다. 특히 블루 모듈은 칼슘-신호 경로, 알츠하이머 병, 헌팅 톤 병과 파킨슨 병 및 MAPK 신호 전달 경로에 속하는 유전자들이 많이 포함되어있다. 브라운과 블랙 모듈은 암, 국소 점착(focal adhesion) 및 액틴 세포 골격 조절(actin cytoskeleton regulation)과 관련된 경로에 속하는 유전자들이 풍부하게 속해 있었다. 상기 분석을 통해 유전자 발현의 큰 조정변화는 CTE 뇌와 관련있음을 확인하였다.The Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathways (Figure 1d) and gene set enrichment analysis (GSEA) were performed to understand the biological relevance of the highly correlated modules with CTE. Two of the seven modules (blue and cyan modules) were highly enhanced in certain functional pathways that are directly related to neurodegenerative diseases and neurophysiological functions. In particular, the blue module contains many genes belonging to the calcium-signal pathway, Alzheimer's disease, Huntington's disease, Parkinson's disease and the MAPK signaling pathway. The brown and black modules were rich in genes belonging to pathways involved in cancer, focal adhesion, and actin cytoskeleton regulation. This analysis confirmed that a large regulatory change in gene expression was associated with the CTE brain.

실시예Example 3:  3: 블루blue 유전자 동시 발현 모듈은  The gene co-expression module CTE와CTE and 유의하게 연관되어있음 Significantly related

블루 모듈은 CTE (r = 0.85 및 P <1x10-200, 도 8a)에 대한 모듈 구성원과 유전자 중요성 사이에 높은 상관관계를 가지는 3,064 개의 유전자를 포함한다. 블루 모듈의 유전자 발현 수준에서 수행된 Unsupervised hierarchical clustering은 정상인과 CTE의 명확히 분리해 나타내었다 (도 8b). CTE에서 872 개의 상향조절된 유전자와 2,192 개의 하향조절된 유전자가 비정상적으로 발현되었다. 파란색 모듈에서 상향조절(upregulated) 및 하향조절(downregulated)된 유전자를 사용하여 KEGG 경로를 기반으로 Functional annotation 분석수행 결과를 도 2a에 나타내었다. 상향 조절된 유전자는 주로 알츠하이머병의 발병 기전과 관련된 MAPK 경로에 관여한다. 그러나, 타우 인산화 키나아제(tau phosphorylation kinase), p38 MAPK(MAPK11, MAPK12, MAPK13 및 MAPK14)는 활성화되지 않거나 블루 모듈과 결합하지 않았다. 또한, CTE에서 다른 타우 인산화 키나아제(tau phosphorylation kinase)인 GSK3 (GSK3A 및 GSK3B), CDK5 및 FYN의 발현도 증가하지 않았다(도 8c). 하향조절된 유전자들은 각종 신경 퇴행성 질환과 관련이 있다. 이러한 유전자들 중에, 주요 질병 진행에 대한 타우병증(tauopathy)을 나타내지 않는 헌팅턴 병(Huntington's disease)과 파킨슨 병(Parkinson's disease)과 관련성이 없는 유전자에 중점을 두었다. 이 접근법을 사용하여 우리는 CTE 진행에 영향을 줄 수 있는 유전자 9 개를 확인했다: CACNA1F, ATP2A2, GRIN2A, PPP3CA, PPP3CB, PPP3R1, CALM1, CALM2, CALM3 및 CALML3. 본 발명자들은 상기에서 언급한 유전자들로부터 칼슘 의존성, 칼모듈린 자극 단백질 인산가수분해효소(calmodulin-stimulated protein phosphatase)를 코딩하는 PPP3CA가 확인하였으며, 이는 AD 환자 뇌에서 내 측두엽이 감소하는 것으로 보고된 바 있다. 추가적으로, PP2B의 서브 유닛인 PPP3CB 및 PPP3R1은 CTE 피험자에서 유의하게 감소하였다(도 2b).The blue module contains 3,064 genes with high correlation between module members and gene importance for CTEs (r = 0.85 and P < 1x10-200, Figure 8a). Unsupervised hierarchical clustering performed at the gene expression level of the blue module revealed a clear separation of normal individuals and CTE (Fig. 8b). In CTE, 872 upregulated genes and 2,192 downregulated genes were abnormally expressed. Functional annotation analysis based on the KEGG pathway using the upregulated and downregulated genes in the blue module is shown in Figure 2a. Upregulated genes are mainly involved in the MAPK pathway associated with the pathogenesis of Alzheimer's disease. However, tau phosphorylation kinase, p38 MAPK (MAPK11, MAPK12, MAPK13 and MAPK14) were not activated or did not bind to the blue module. In addition, the expression of the other tau phosphorylation kinases GSK3 (GSK3A and GSK3B), CDK5 and FYN did not increase in the CTE (Fig. 8C). Downregulated genes are associated with various neurodegenerative diseases. Among these genes, we focused on genes that are not related to Huntington's disease and Parkinson's disease that do not display tauopathy for major disease progression. Using this approach, we identified nine genes that could affect CTE progression: CACNA1F, ATP2A2, GRIN2A, PPP3CA, PPP3CB, PPP3R1, CALM1, CALM2, CALM3 and CALML3. The present inventors confirmed PPP3CA encoding calcium-dependent, calmodulin-stimulated protein phosphatase from the above-mentioned genes, and it was reported that the decrease in the temporal lobe of the brain of AD patients There is a bar. In addition, PPP3CB and PPP3R1, subunits of PP2B, were significantly reduced in CTE subjects (Fig. 2B).

실시예Example 4:  4: PPP3CAPPP3CA /  / PP2BPP2B 활성 감소는  The decrease in activity CTE에서의CTE 타우Tau 병증과 관련이 있음. It is related to the pathology.

본 발명자들은 PPP3CA 유전자 발현의 변화가 CTE의 병리학적 타우 인산화(tau phosphorylation) 및 타우병증(tauopathy)에도 기여하는지 여부를 실험하였다. 첫 번째로, PPP3CA의 발현 감소를 사람 CTE와 정상 샘플의 피질에서 qPCR을 통해 확인하였다(도 3a). 웨스턴 블랏(Western blot)과 농도계측법(densitometry) 분석을 통해 PP2B 단백질의 농도가 정상인과 비교하여 CTE에서 현저하게 감소함을 확인하였다(도 3b 및 3c). 또한, 신경 퇴행성 질환에서 타우 인산화의 가장 흔한 부위 인 S199, S202 / T205 및 S396에서의 p- tau의 수준의 경우, CTE에서 3-30 배 증가하였다. 중요한 것은 CTE 환자의 전두엽 피질에서 PP2B 단백질과 p-tau (S202 / T205)의 수준은 반비례 관계가 있다는 것이다. CTE에서의 타우병증의 병리학적 특성을 더 연구하기 위해 본 발명자들은 정상 및 CTE 두뇌의 피질에서 3,3'-diaminobenzidine (DAB) 면역 조직 화학 염색법을 수행 하였다(도 3d 및 3e). 그 결과, qPCR 및 웨스턴 블롯 데이터와 일치하였으며, PPP3CA의 면역 반응성이 감소하였고, CTE에서 tau는 과인산화되어있음을 확인하였다 (S199, S396, S205 / T208).The present inventors have examined whether changes in PPP3CA gene expression contribute to pathological tau phosphorylation and tauopathy of CTE. First, decreased expression of PPP3CA was confirmed by qPCR in human CTE and cortex of normal sample (Fig. 3a). Western blot and densitometry analysis showed that the concentration of PP2B protein was significantly reduced in CTE compared to normal (FIGS. 3b and 3c). In addition, the levels of p-tau in S199, S202 / T205, and S396, the most common sites of tau phosphorylation in neurodegenerative diseases, increased 3-30 fold in CTE. Importantly, the levels of PP2B protein and p-tau (S202 / T205) in the prefrontal cortex of patients with CTE are inversely related. To further study the pathological features of tauopathy in CTE, we performed 3,3'-diaminobenzidine (DAB) immunohistochemistry in the cortex of normal and CTE brains (FIGS. 3d and 3e). As a result, it was confirmed that the immunoreactivity of PPP3CA was decreased and the tau was hyperphosphorylated in CTE (S199, S396, S205 / T208) in accordance with qPCR and Western blot data.

실시예Example 5:  5: PPP3CAPPP3CA /  / PP2BPP2B 활성 감소는 AD에서의  The decrease in activity was 타우Tau 병증과 관련이 있음. It is related to the pathology.

CTE의 특징은 임상 및 병리학적으로 AD와 밀접하게 겹치기 때문에, 본 발명자들은 가장 일반적인 타우 병증을 나타내는 AD 에서도 PP2B 활성이 감소할 가능성이 있는지 여부를 조사하였다.Because the CTE features are clinically and pathologically closely overlapped with AD, the present inventors have investigated whether there is a possibility that PP2B activity is also decreased in ADs exhibiting the most common tau pathologies.

본 발명자들은 AD 피험체에서 PPP3CA에 대한 qPCR을 수행하였으며, CTE 피험체(도 4a)에서 보이는 바처럼 발현이 감소되었음을 확인하였다. 본 발명자들은 CTE에서 관찰된 바와 같이, AD에서도 PPP3CA 수준과 p-tau간에 유사한 역상관관계가 나타남을 확인하였다(도 4b 및 c). 본 발명자들이 예상한 바와 같이, AD에서 PPP3CA의 면역 반응성이 감소하였을 뿐만 아니라 tau 단백질도 과인산화되었다(S199, S396, S205 / T208) (도 4d 및 4e). 공초점 현미경(Confocal microscopy) 검사에서 PPP3CA의 면역 반응성은 감소하였으나 p-tau의 면역 반응성은 AD에서 증가하였다(도 4f). 또한, 본 발명자들은 AD의 피질에서 p-tau (S202 / T205)와 PPP3CA가 함께 존재함을 확인하였다.We performed qPCR on PPP3CA in AD subjects and confirmed that expression was reduced as shown in the CTE subjects (Figure 4a). We observed a similar inverse correlation between PPP3CA levels and p-tau in AD as observed in CTE (Fig. 4b and c). As expected by the present inventors, not only the immunoreactivity of PPP3CA in AD was reduced, but also the tau protein was hyperphosphorylated (S199, S396, S205 / T208) (Fig. 4d and 4e). Confocal microscopy showed a decrease in the immunoreactivity of PPP3CA, while the immunoreactivity of p-tau was increased in AD (Fig. 4f). In addition, the present inventors confirmed that p-tau (S202 / T205) and PPP3CA coexist in the cortex of AD.

실시예Example 6:  6: PPP3CAPPP3CA /  / PP2BPP2B 활성 억제는  Active inhibition 타우Tau 인산화 및  Phosphorylation and 타우Tau 응집을 유도함. Induced aggregation.

인간 CTE 및 AD 샘플에서 감소된 PPP3CA 활성 및 상승된 타우 인산화를 확인한 후, 본 발명자는 타우 병증 in vitro 세포주 모델을 사용하여 PPP3CA 저해제가 타우의 인산화 및 응집을 증가시키기에 충분한지 여부를 조사하였다. 이를 위해, 본 발명자들은 Tau-BiFC 세포주(SH-SY5Y 및 HEK293)를 사용하여 타우 인산화 및 응집을 형광 이미지로 관찰하였다(도 5a). 세 가지 다른 PP2A / PPP3CA 억제제(okadaic acid, cyclosporine A, 및 deltamethrin)는 SH-SY5Y와 HEK293 Tau-BiFC 세포주 모두에서 타우 인산화 수준을 증가시켰다(도 5b). Okadaic acid와 cyclosporine A 처리는 농도에 비례하여 tau 인산화 수준을 증가시키는 반면, deltamethrin은 3 μM의 역치 이후에 감소 경향을 보였다(도 5c). 유사한 결과가 HEK 293 세포주에서 관찰되었으며, okadaic acid으로 인한 타우 인산화의 강도가 더 높게 나타내었다(도 5d).After confirming reduced PPP3CA activity and elevated tau phosphorylation in human CTE and AD samples, the present inventors used a tau pathology in vitro cell line model to investigate whether the PPP3CA inhibitor is sufficient to increase phosphorylation and aggregation of tau. To this end, the present inventors observed tau phosphorylation and aggregation with fluorescent images using Tau-BiFC cell lines (SH-SY5Y and HEK293) (Fig. 5A). Three different PP2A / PPP3CA inhibitors (okadaic acid, cyclosporine A, and deltamethrin) increased tau phosphorylation levels in both SH-SY5Y and HEK293 Tau-BiFC cell lines (Fig. Treatment with okadaic acid and cyclosporine A increased tau phosphorylation level in proportion to concentration, while deltamethrin tended to decrease after a threshold of 3 μM (Fig. 5c). Similar results were observed in the HEK 293 cell line and the tau phosphorylation intensity due to okadaic acid was higher (Figure 5d).

실시예Example 7:  7: PPP3CA는PPP3CA 타우Tau 인산화를 직접 조절함. Directly regulates phosphorylation.

tau 탈인산화에 PPP3CA 촉매 활성의 관련성을 확인한 후, 본 발명자들은 PPP3CA가 타우 인산화를 직접 조절하는지 여부를 확인하였다(도 6). GSK3는 잘 알려진 tau 키나아제이기 때문에 본 발명자들은 PPP3CA 및 tau로 GSK3을 과발현시키고 인산화 tau의 수준을 결정하였다. GSK3의 과발현이 S202 / T205 및 S214에서의 tau 인산화를 증가시키는 반면, PPP3CA의 동시 형질 감염(cotransfection)은 GSK3의 영향을 역전시켰으며 인산화된 tau의 수준을 용량 의존적으로 감소시켰다(도 6a). 또한, PPP3CA의 다른 분리 발현되는 서브 유닛인 PPP3CB는 GSK3β의 효과를 역전시키고 인산화된 타우의 수준을 농도 의존적으로 감소시켰다(도 9). 회귀 분석(Regression analyse) 결과, p-tau (S202 / T205)의 수준은 PPP3CA (R = 0.892)의 발현과 역 상관관계가 있음을 확인하였다(도 6b). 추가적으로, 본 발명자들은 PPP3CA의 촉매 서브 유닛이 tau를 탈인산화시키는데 필수적이고 충분한지를 조사했다(도 6c). 이를 위해, 본 발명자들은 세포에 PPP3CA (PPP3CAdeltaCAT)의 촉매 부위 결실 돌연변이를 형질주입시켰으며, 이 돌연변이체에서 tau 탈인산화가 일어나지 않았음을 확인하였다. 상기 데이터는 PPP3CA의 촉매 활성이 p-타우의 탈인산화에 필수 불가결함을 나타낸다. 또한 본 발명자들은 PPP3CA(도 6d)의 기능 상실을 입증하기 위해, shRNA를 사용하여 PPP3CA의 기능을 상실시켰으며, 결과적으로 GSK3β에 의해 tau 인산화가 현저하게 증가함을 확인하였다.After confirming the relevance of PPP3CA catalytic activity to tau dephosphorylation, the present inventors confirmed whether PPP3CA directly controls tau phosphorylation (FIG. 6). Since GSK3 is a well-known tau kinase, we overexpressed GSK3 with PPP3CA and tau and determined the level of phosphorylated tau. While overexpression of GSK3 increased tau phosphorylation in S202 / T205 and S214, co-transfection of PPP3CA reversed the effect of GSK3 and dose-dependently reduced the level of phosphorylated tau (Fig. 6a). In addition, PPP3CB, another separately expressed subunit of PPP3CA, reverses the effect of GSK3? And dose-dependently reduces the level of phosphorylated tau (Fig. 9). Regression analysis revealed that the level of p-tau (S202 / T205) was inversely correlated with the expression of PPP3CA (R = 0.892) (FIG. 6b). Additionally, we investigated whether the catalytic subunit of PPP3CA is necessary and sufficient to dephosphorylate tau (Fig. 6c). To this end, the inventors transfected the cell with a catalytic site deletion mutation of PPP3CA (PPP3CAdeltaCAT), confirming that no tau dephosphorylation occurred in the mutant. The data show that the catalytic activity of PPP3CA is indispensable for the dephosphorylation of p-tau. We also demonstrated that shRNA was used to demonstrate the loss of function of PPP3CA (Fig. 6d), thereby abolishing PPP3CA function, resulting in a marked increase in tau phosphorylation by GSK3 ?.

실시예Example 8:  8: PPP3CAPPP3CA /  / PP2B는PP2B CTE의CTE 생체 내 동물 모델에서 tau의  In vivo animal models of tau 탈인산화를Dephosphorylation 조절함. Adjustment.

PPP3CA의 발현 감소가 in vivo에서 tau의 인산화에 영향을 주는지를 확인하기 위해, 본 발명자들은 PPP3CA에 대한 shRNA를 포함하는 아데노 부속 바이러스 벡터(AAV vector)를 tau (P301L) 형질 전환 마우스의 해마 영역으로 형질 도입하였고, 반복적인 체중 낙상 유발 두부 손상 후 대조군과 tau 인산화의 차이를 비교하였다(도 6e). 세포 모델과 일치하게, AAV-shPPP3CA를 사용한 PPP3CA의 knockdown 쥐의 해마 영역에서 PPP3CA의 면역 반응이 현저하게 감소되었다. (도 6f). 또한, 체중 강하로 인한 두부 손상에 노출 된 후 치상회(dentate gyrus)에서 p-tau (S202 / T205)의 면역 반응이 강하게 증가했다(도 6g). AAV-shPPP3CA를 사용하여 PPP3CA knockdown된 영역에서는 p-tau(S202 / T205)의 면역 반응이 증가한 반면, AAV-shRNA 대조군 형질도입 후에는 p-tau (Ser202 / Thr205)가 검출되지 않았다(도 6h). 이와 유사하게, 여러 번의 체중 낙상 유발 두부 손상에서 AAV-shPPP3CA를 이용한 PPP3CA knockdown의 해마 상피 부위 (CA1, CA3, DG)에서도 p-tau (S199)의 면역 반응성이 증가되었다 (도 10).In order to confirm that the decreased expression of PPP3CA affects the phosphorylation of tau in vivo , we used an adenovirus vector (AAV vector) containing shRNA for PPP3CA as the hippocampal region of the tau (P301L) transgenic mouse And the difference between control and tau phosphorylation after repeated weight loss induced head injury was compared (Figure 6e). Consistent with the cell model, the knockdown of PPP3CA using AAV-shPPP3CA. The immune response of PPP3CA in the hippocampal region of the rats was markedly reduced. (Fig. 6F). In addition, the immune response of p-tau (S202 / T205) was strongly increased in the dentate gyrus after exposure to head injury due to weight loss (Fig. 6g). The p-tau (S202 / T205) immunoreactivity was increased in the PPP3CA knockdown region using AAV-shPPP3CA, but p-tau (Ser202 / Thr205) was not detected after the AAV-shRNA control transduction (Fig. 6h) . Similarly, the immunoreactivity of p-tau (S199) was also increased in the hippocampal regions (CA1, CA3, DG) of PPP3CA knockdown using AAV-shPPP3CA in several weight loss induced head injury (Fig. 10).

Claims (20)

칼시뉴린(Calcineurin)의 발현 또는 활성을 증가시키는 조절제를 포함하는, 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물.
A pharmaceutical composition for the prevention or treatment of neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury, comprising a modulator that increases the expression or activity of Calcineurin.
제1항에 있어서 상기 칼시뉴린은 PPP3CA(protein phosphatase 3, catalytic subunit, alpha isozyme) 또는 PP2B(Serine/threonine-protein phosphatase 2B)인, 조성물.The composition of claim 1, wherein the calcineurin is PPP3CA (catalytic subunit, alpha isozyme) or PP2B (Serine / threonine-protein phosphatase 2B). 제1항에 있어서, 상기 칼시뉴린의 활성을 증가시키는 조절제는 PPP3CA 또는 PP2B에 특이적으로 결합하는 화합물, 펩티드, 펩티드 미메틱스, 앱타머, 항체 및 천연물로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인, 조성물.
The composition according to claim 1, wherein the modulator for increasing the activity of calcineurin is any one selected from the group consisting of a compound specifically binding to PPP3CA or PP2B, a peptide, a peptide mimetic, an aptamer, an antibody and a natural product .
제1항에 있어서, 상기 칼시뉴린의 발현을 증가시키는 조절제는, 칼시뉴린을 코딩하는 핵산 또는 mRNA 또는 칼시뉴린을 코딩하는 염기서열을 포함하는 발현벡터인 것을 특징으로 하는, 조성물.
2. The composition of claim 1, wherein the modulator that increases expression of calcineurin is an expression vector comprising a nucleic acid encoding calcineurin or a base sequence encoding mRNA or calcineurin.
제1항에 있어서, 상기 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 질환은 타우(Tau)단백질의 응집 또는 타우 단백질의 인산화 증가에 의한 신경 퇴행성 뇌질환인, 조성물.
The composition according to claim 1, wherein the neurodegenerative disease caused by traumatic brain injury is a neurodegenerative brain disease caused by aggregation of Tau protein or increased phosphorylation of tau protein.
제2항에 있어서, 상기 PPP3CA 또는 PP2B는 타우단백질의 인산화 또는 응집화를 억제하는 것을 특징으로 하는, 조성물.
3. The composition of claim 2, wherein said PPP3CA or PP2B inhibits phosphorylation or aggregation of tau protein.
신경조직 유래 세포에 신경 퇴행성 뇌질환 치료제의 후보물질을 처리하는 단계,
상기 세포의 칼시뉴린(Calcineurin)의 발현 또는 활성을 측정하는 단계, 및
상기 후보물질을 처리한 시료에서의 칼시뉴린의 발현 또는 활성이, 후보물질을 처리하지 않은 시료에서의 칼시뉴린의 발현 또는 활성보다 증가된 경우, 상기 후보물질을 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환의 치료제로 결정하는 단계를 포함하는, 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환 치료제의 스크리닝 방법.
Treating the neural tissue-derived cells with a candidate substance for treating a neurodegenerative brain disease,
Measuring the expression or activity of Calcineurin in the cell, and
When the expression or activity of calcineurin in the sample treated with the candidate substance is increased over the expression or activity of calcineurin in the sample not treated with the candidate substance, the candidate substance is classified into a neurodegenerative brain disease Wherein the therapeutic agent for neurodegenerative brain disease is selected from the group consisting of:
제7항에 있어서, 상기 신경조직 유래세포는 신경세포 또는 신경교세포인 것인, 스크리닝 방법.
8. The screening method according to claim 7, wherein the neural tissue-derived cells are neurons or glial cells.
제7항에 있어서 상기 칼시뉴린은 PPP3CA(protein phosphatase 3, catalytic subunit, alpha isozyme) 또는 PP2B(Serine/threonine-protein phosphatase 2B)인, 스크리닝 방법.
The screening method according to claim 7, wherein the calcineurin is PPP3CA (catalytic subunit, alpha isozyme) or PP2B (Serine / threonine-protein phosphatase 2B).
제7항에 있어서, 상기 PPP3CA 또는 PP2B의 발현을 측정하는 방법은 웨스턴블롯(Western blot), 공동-면역침전 어세이(Co-Immunoprecipitation assay), ELISA(Enzyme Linked Immunosorbent Assay), 실시간 RT-PCR, 전기영동, 조직 면역염색(immunostaining) 및 FACS(Fluorescence activated cell sorter) 으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인, 스크리닝 방법.
The method according to claim 7, wherein the expression of PPP3CA or PP2B is measured by Western blot, Co-immunoprecipitation assay, ELISA, real-time RT-PCR, Wherein the detection signal is any one selected from the group consisting of electrophoresis, immunostaining, and fluorescence activated cell sorter (FACS).
제7항에 있어서, 상기 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환은 타우 단백질의 응집 또는 타우 단백질의 인산화 증가에 의한 신경 퇴행성 뇌질환인, 스크리닝 방법.
8. The screening method according to claim 7, wherein the neurodegenerative brain disease caused by traumatic brain injury is neurodegenerative brain disease caused by aggregation of tau protein or phosphorylation of tau protein.
칼시뉴린(Calcineurin)의 활성 억제 여부를 측정할 수 있는 제제를 포함하는, 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환 진단용 조성물.
A composition for the diagnosis of neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury, comprising an agent capable of measuring inhibition of activity of calcineurin.
제12항에 있어서 상기 칼시뉴린은 PPP3CA(protein phosphatase 3, catalytic subunit, alpha isozyme) 또는 PP2B(Serine/threonine-protein phosphatase 2B)인, 조성물.
13. The composition of claim 12, wherein the calcineurin is PPP3CA (catalytic subunit, alpha isozyme) or PP2B (Serine / threonine-protein phosphatase 2B).
제12항에 있어서, 상기 제제는 PPP3CA 또는 PP2B에 특이적으로 결합할 수 있는 항체 또는 앱타머인 것인, 진단용 조성물.
13. The diagnostic composition of claim 12, wherein said agent is an antibody or an aptamer capable of specifically binding to PPP3CA or PP2B.
제12항에 있어서, 상기 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 질환은 타우(Tau)단백질의 응집 또는 타우 단백질의 인산화 증가에 의한 신경 퇴행성 뇌질환인, 진단용 조성물.
13. The diagnostic composition according to claim 12, wherein the neurodegenerative disease caused by traumatic brain injury is a neurodegenerative brain disease caused by aggregation of Tau protein or phosphorylation of tau protein.
칼시뉴린(Calcineurin)의 발현 또는 활성을 측정하는 제제를 포함하는, 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환 진단용 키트.
A kit for the diagnosis of neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury, comprising an agent for measuring the expression or activity of Calcineurin.
제16항에 있어서, 상기 측정하는 제제는, 칼시뉴린 유전자에 대한 프라이머 또는 프로브, 또는 칼시뉴린 단백질에 대한 항체인 것을 특징으로 하는 진단용 키트.
The diagnostic kit according to claim 16, wherein the agent to be measured is a primer or a probe for a calcineurin gene, or an antibody against a calcineurin protein.
제16항에 있어서, 상기 신경 퇴행성 질환은 타우(Tau)단백질의 응집 또는 타우 단백질의 인산화 증가에 의한 신경 퇴행성 뇌질환인, 진단용 키트.
17. The diagnostic kit according to claim 16, wherein the neurodegenerative disease is a neurodegenerative brain disease caused by aggregation of Tau protein or phosphorylation of tau protein.
PPP3CA 또는 PP2B의 활성 억제여부를 측정하는 단계를 포함하는, 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환 진단을 위한 정보의 제공 방법.
A method for providing information for diagnosing neurodegenerative brain diseases caused by traumatic brain injury, comprising the step of measuring the inhibition of PPP3CA or PP2B activity.
제19항에 있어서, 상기 PPP3CA 또는 PP2B의 활성이 억제되었을 때 외상성 뇌손상에 의한 신경 퇴행성 뇌질환이 발병된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 방법. 20. The method according to claim 19, wherein when the activity of PPP3CA or PP2B is inhibited, it is judged that neurodegenerative brain disease caused by traumatic brain injury has occurred.
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Shabestari et al. Absence of microglia promotes diverse pathologies and early lethality in Alzheimer’s disease mice
Xie et al. Quiescent human glioblastoma cancer stem cells drive tumor initiation, expansion, and recurrence following chemotherapy
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Chen et al. Tyrosine and serine phosphorylation of α-synuclein have opposing effects on neurotoxicity and soluble oligomer formation
Branchi et al. Transgenic mouse in vivo library of human Down syndrome critical region 1: association between DYRK1A overexpression, brain development abnormalities, and cell cycle protein alteration
Zeng et al. TRIM9-mediated resolution of neuroinflammation confers neuroprotection upon ischemic stroke in mice
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Syal et al. Dysregulated expression of monoacylglycerol lipase is a marker for anti-diabetic drug metformin-targeted therapy to correct impaired neurogenesis and spatial memory in Alzheimer's disease
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Di Lauro et al. P2X7 receptor blockade reduces tau induced toxicity, therapeutic implications in tauopathies
Schnöder et al. Neuronal deficiency of p38α-MAPK ameliorates symptoms and pathology of APP or Tau-transgenic Alzheimer's mouse models
Ponnusamy et al. Loss of forebrain BIN1 attenuates hippocampal pathology and neuroinflammation in a tauopathy model
CN111655850A (en) Methods and pharmaceutical compositions for treating tubulin carboxypeptidase related diseases
Nelson et al. The APOE-R136S mutation protects against APOE4-driven Tau pathology, neurodegeneration and neuroinflammation
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Liu et al. Astrocytic response mediated by the CLU risk allele inhibits OPC proliferation and myelination in a human iPSC model
Levenga et al. Immunohistological examination of AKT isoforms in the brain: cell-type specificity that may underlie AKT’s role in complex brain disorders and neurological disease
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Choi et al. Status epilepticus stimulates NDEL1 expression via the CREB/CRE pathway in the adult mouse brain
Sebastián-Serrano et al. TNAP upregulation is a critical factor in Tauopathies and its blockade ameliorates neurotoxicity and increases life-expectancy

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