KR20230065860A - Composition for prevention, improvement or treatment of diabetes-mediated Alzheimer's disease comprising a retromer stabilizer - Google Patents
Composition for prevention, improvement or treatment of diabetes-mediated Alzheimer's disease comprising a retromer stabilizer Download PDFInfo
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Abstract
Description
본 발명은 레트로머 안정제를 포함하는 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 예방, 개선 또는 치료용 조성물 내지 이의 용도를 제공하는 것이다. The present invention provides a composition containing a retromer stabilizer for preventing, improving or treating diabetes-mediated neurodegenerative diseases and uses thereof.
레트로머(retromer)는 엔도솜에서 트랜스 골지 네트워크로 화물의 역행 수송 또는 엔도솜에서 세포 표면으로 화물 재활용에 관여하는 단백질 복합체로서 신경 생물학에서 중요한 역할을 한다. 레트로머 기능 장애에 의한 엔도솜 분류 손상은 시냅스 장애, 신경 염증 및 알츠하이머병(AD, Alzheimer's disease)의 주요 병리학적 특징을 유발한다. 레트로머 복합체는 VPS35(Vacuolar protein sorting-associated protein 35)/VPS26/VPS29 삼량체 복합체 및 분류 넥신(SNX)으로 구성된 CRC(cargo recognition core)로 구성된다. 마이크로어레이 프로파일은 VPS35이 알츠하이머병 환자의 내비피질에서 하향조절된다는 것을 보여주었다. VPS35는 마우스 피라미드 뉴런에서 β-세크레타아제(β-secretase)와 직접 상호작용하는 것으로 알려져 있으며 초기 발병 AD 유사 표현형은 AD의 Tg2576 마우스 모델에서 VPS35의 반접합 결실에 의해 유도될 수 있다. 타우병증의 마우스 모델에서 VPS35의 하향 조절은 카텝신 D(CTSD) 가용성의 조절을 통해 타우 축적 및 인지 장애를 악화시켰다. VPS35 은 제2형 당뇨병 마우스 모델의 해마에서도 감소한다. 또한, 전체 게놈 연관 연구에서 레트로머 결합 단백질인 소르틸린 관련 VPS10 도메인 함유 수용체 1(SORCS1)이 1형 및 2형 당뇨병 발병기전과 관련된 주요 유전자좌로 확인되었다. 다른 레트로머 결합 성분 중 하나인 Sorcs1 및 Wiskott-Aldrich 증후군 단백질 및 SCAR 동족체(Wash) 가 결핍된 마우스는 비정상적인 혈당 조절을 나타냈다. Retromers play an important role in neurobiology as protein complexes involved in retrograde transport of cargo from endosomes to the trans-Golgi network or recycling of cargo from endosomes to the cell surface. Impairment of endosomal sorting by retromer dysfunction causes synaptic dysfunction, neuroinflammation, and major pathological features of Alzheimer's disease (AD). The retromeric complex is composed of a cargo recognition core (CRC) composed of a vacuolar protein sorting-associated protein 35 (VPS35)/VPS26/VPS29 trimeric complex and a sorting annexin (SNX). Microarray profiles showed that VPS35 is downregulated in the endocortex of Alzheimer's disease patients. VPS35 is known to directly interact with β-secretase in mouse pyramidal neurons and an early-onset AD-like phenotype can be induced by hemizygous deletion of VPS35 in the Tg2576 mouse model of AD. Downregulation of VPS35 in a mouse model of tauopathy exacerbated tau accumulation and cognitive impairment through modulation of cathepsin D (CTSD) availability. VPS35 is also decreased in the hippocampus of a mouse model of
또한, 레트로머는 당뇨병(DM)의 발병 기전에서 조절인자인 것으로 나타났지만, APP 처리 및 타우 인산화에서 DM 매개 AD 발병에서 레트로머 복합체의 역할을 조사한 연구는 개시된 바 없다. Retromers have also been shown to be regulators in the pathogenesis of diabetes (DM), but no studies have been published that have investigated the role of retromer complexes in DM-mediated AD pathogenesis in APP processing and tau phosphorylation.
본 발명자들은 레트로머 복합체에 대한 고 포도당의 영향을 확인하고자 예의 노력한 결과, 액포 단백질 분류 관련 단백질 26a(VPS26a)이 아밀로이드 전구체 단백질 처리(APP processing) 및 타우(tau) 인산화를 조절함으로써 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 발병을 억제할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다. As a result of intensive efforts to confirm the effect of high glucose on the retromer complex, the present inventors found that vacuolar protein sorting-related protein 26a (VPS26a) regulates amyloid precursor protein processing (APP processing) and tau phosphorylation, thereby preventing diabetes-mediated neurodegeneration. It was confirmed that the onset of the disease could be suppressed, and the present invention was completed.
따라서, 본 발명의 목적은 레트로머 안정제(Retromer stabilizer)를 포함하는 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 예방, 개선 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a pharmaceutical composition for preventing, improving or treating diabetes-mediated neurodegenerative diseases, including a retromer stabilizer.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 VPS26a(Vacuolar protein sorting-associated protein 26a)의 발현 수준을 이용하는 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 진단을 위한 정보제공 방법 내지 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 예방, 개선 또는 치료용 약물 스크리닝 방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is a method for providing information for diagnosis of diabetes-mediated neurodegenerative diseases using the expression level of VPS26a (Vacuolar protein sorting-associated protein 26a) or a drug for preventing, improving or treating diabetes-mediated neurodegenerative diseases to provide a screening method.
본 발명은 레트로머 안정제(Retromer stabilizer)를 포함하는 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 예방, 개선 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다. The present invention provides a pharmaceutical composition for preventing, improving or treating diabetes-mediated neurodegenerative diseases, including a retromer stabilizer.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 레트로머는 VPS35(Vacuolar protein sorting ortholog 35), VPS26a(Vacuolar protein sorting-associated protein 26a), VPS26b(Vacuolar protein sorting 26 homolog B), VPS29(Vacuolar protein sorting 29), SORCS1 (Sortilin Related VPS10 Domain Containing Receptor 1), SORL1(Sortilin Related Receptor 1) 및 WASHC1(WASH Complex Subunit 1) 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the retromer is VPS35 (Vacuolar protein sorting ortholog 35), VPS26a (Vacuolar protein sorting-associated protein 26a), VPS26b (Vacuolar protein sorting 26 homolog B), VPS29 (Vacuolar protein sorting 29) , SORCS1 (Sortilin Related VPS10 Domain Containing Receptor 1), SORL1 (Sortilin Related Receptor 1), and WASHC1 (WASH Complex Subunit 1).
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 레트로머 안정제는 R33 및 R55 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the retromer stabilizer is at least one selected from the group consisting of R33 and R55.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환은 당뇨병 매개 알츠하이머병, 파킨슨병, 헌팅턴병, 루게릭병, 크로이츠펠트 야콥병, 뇌졸중 및 다발성 경화증으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the diabetes-mediated neurodegenerative disease is at least one selected from the group consisting of diabetes-mediated Alzheimer's disease, Parkinson's disease, Huntington's disease, Lou Gehrig's disease, Creutzfeldt-Jakob disease, stroke, and multiple sclerosis.
본 발명은 또한, 개체로부터 수득한 시료에서 VPS26a(Vacuolar protein sorting-associated protein 26a)의 발현 수준을 확인하는 단계를 포함하는 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 진단을 위한 정보제공 방법을 제공한다. The present invention also provides an information providing method for diagnosing diabetes-mediated neurodegenerative diseases, comprising checking the expression level of VPS26a (Vacuolar protein sorting-associated protein 26a) in a sample obtained from the subject.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 정보제공 방법은, 확인한 VPS26a 의 발현 수준이 정상 시료에 비하여 낮으면 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환으로 분류하는 단계를 추가적으로 포함하는 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the information providing method further includes a step of classifying as a diabetes-mediated neurodegenerative disease if the confirmed expression level of VPS26a is lower than that of a normal sample.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 정보제공 방법은, VPS26a 이외에 APP(amyloid precursor protein) 및 인산화된 타우(tau) 의 수준을 함께 확인하는 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the method for providing information is to check the levels of amyloid precursor protein (APP) and phosphorylated tau in addition to VPS26a.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 APP 및 인산화된 타우의 수준이 정상시료에 비하여 높으면 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환으로 분류하는 단계를 추가적으로 포함하는 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, if the levels of APP and phosphorylated tau are higher than normal samples, a step of classifying as a diabetes-mediated neurodegenerative disease is additionally included.
본 발명은 또한, i) 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환 환자로부터 수득한 시료에 후보 약물을 처리하는 단계; 및The present invention also includes i) treating a candidate drug to a sample obtained from a patient with diabetes-mediated neurodegenerative disease; and
ii) 상기 약물을 처리한 시료의 VPS26a(Vacuolar protein sorting-associated protein 26a)의 발현 정도를 확인하는 단계; ii) checking the expression level of VPS26a (Vacuolar protein sorting-associated protein 26a) in the sample treated with the drug;
를 포함하는 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 예방, 개선 또는 치료용 약물 스크리닝 방법을 제공한다. It provides a drug screening method for the prevention, improvement or treatment of diabetes-mediated neurodegenerative diseases comprising a.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 스크리닝 방법은, iv) 확인한 VPS26a 의 발현 수준이 약물처리 전 보다 증가되면 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 예방, 개선 또는 치료용 약물로 분류하는 단계; 를 추가적으로 포함하는 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the screening method includes: iv) classifying as a drug for preventing, improving or treating diabetes-mediated neurodegenerative diseases if the expression level of VPS26a identified is higher than before drug treatment; is to additionally include.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 단계 ii) 에서 VPS26a 이외에 APP(amyloid precursor protein) 및 인산화된 타우(tau) 의 수준을 함께 확인하는 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, in step ii), the levels of APP (amyloid precursor protein) and phosphorylated tau are checked together in addition to VPS26a.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 APP 및 인산화된 타우의 수준이 약물처리 전 보다 감소되면 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 예방, 개선 또는 치료용 약물로 분류할 수 있는 것이다. According to a preferred embodiment of the present invention, if the level of the APP and phosphorylated tau is reduced than before drug treatment, it can be classified as a drug for preventing, improving or treating diabetes-mediated neurodegenerative diseases.
본 발명은 고농도 포도당이 VPS26a 감소-매개 레트로머 기능 이상을 통해 아밀로이드 전구 단백질(APP) 및 타우(tau) 단백질의 과인산화를 유발하고, 당뇨 모델 신경세포 또는 마우스에 레트로머 안정제를 투여하는 경우 이를 억제할 수 있음을 확인하였다. 따라서, VPS26a 조절 및 레트로머 안정제의 사용은 당뇨-매개 신경퇴행성 질환의 예방, 개선 또는 치료를 위한 방법 내지 신경퇴행성질환 관련 의약품 분야에 적용될 수 있다.In the present invention, high concentration glucose induces hyperphosphorylation of amyloid precursor protein (APP) and tau protein through VPS26a reduction-mediated retromer dysfunction, and when a retromer stabilizer is administered to diabetic model neurons or mice, this It was confirmed that suppression was possible. Therefore, the use of VPS26a modulators and retromer stabilizers can be applied to methods for preventing, ameliorating or treating diabetes-mediated neurodegenerative diseases or pharmaceuticals related to neurodegenerative diseases.
도 1은 고농도 포도당에서 VPS26a 발현 감소가 아밀로이드 전구 단백질 처리와 타우 과인산화에 조절 기능 장애 유발 기전 모식도를 나타낸다.
도 2 은 동물의 체중 및 혈당 수준 및 in vivo 플로우 차트를 나타낸다. 혈당과 체중은 생후 9주와 18주에 측정했다. 데이터는 평균 ± SD로 표시되었다(Tukey의 다중 비교 테스트를 사용한 양방향 ANOVA).
도 3 는 iPSC-ND 세포의 특성화를 나타낸다. iPSC-ND 세포를 MAP2 및 NeuN 특이적 항체로 면역염색하고 DAPI로 대조염색하였다(스케일 바=20μm).
도 4a 는 STZ 유도 당뇨병 마우스의 해마에서 레트로머 성분 중 VPS26a의 발현 수준만이 감소한 것을 나타낸다(n=5).
도 4b 는 IHC에 대한 조직 슬라이드를 VPS35, VPS26a 및 VPS29 특이적 항체로 면역염색하고 DAPI로 대조염색한 결과, STZ 유도 당뇨병 마우스의 해마에서 레트로머 성분 중 VPS26a의 발현 수준만이 감소한 것을 나타낸다(스케일 바=20μm, n=5).
도 4c 는 iPSC-ND를 24시간 동안 D-포도당(25mM)으로 처리한 결과 VPS26a가 하향 조절된 것을 나타낸다(n=5).
도 4d 는 SH-SY5Y를 시간 의존적 방식으로 고 포도당(25mM)으로 처리하고 정량적 실시간 PCR 로 분석한 결과 12시간 후에 VPS26a의 mRNA와 단백질 발현 수준을 감소시킨 것을 나타낸다(n=5).
도 4e 는 iPSC-ND를 24시간 동안 고 포도당(25mM)으로 처리하고 Rab5 및 VPS35 특이적 항체로 면역염색하고 DAPI로 대조염색한 결과, 초기 엔도솜 마커인 Rab5와 VPS35 사이의 공동 국소화 정도를 감소시킨 것을 나타낸다(스케일 바=20μm, n = 6). *p < 0.05, **p < 0.01 vs 대조군. 정량적 데이터는 평균 ± SD로 표시된다. 모든 오점 및 면역형광 이미지가 대표적이다.
도 5a 는 SH-SY5Y이 시간 의존적으로 고 포도당(25mM)으로 처리되고, VPS35, VPS26a, VPS26b, VPS29, SORCS1, SORL1, WASHC1 및 β액틴은 웨스턴 블롯에 의해 검출한 결과로서, VPS26a이 높은 포도당에 노출된 SH-SY5Y에서 감소하는 것을 나타낸다(n = 5, Dunnett의 다중 비교 검정을 사용한 일원 분산 분석).
도 5b 는 D-포도당(25mM) 또는 L-포도당(25mM)을 SH-SY5Y에서 24시간 동안 처리하고, VPS35, VPS26a, VPS29 및 β액틴은 웨스턴 블롯에 의해 검출한 결과를 나타낸다(n = 5, Dunnett의 다중 비교 검정을 사용한 일원 분산 분석).
도 5c 는 SH-SY5Y는 Rab5 및 VPS35 특이적 항체로 면역염색되고 DAPI로 대조염색된 고 포도당(25mM)으로 24시간 동안 처리된 결과를 나타낸다(스케일 바=3μm, n = 6). *p < 0.05, **p < 0.01 vs 대조군. 정량적 데이터는 평균 ± SD로 표시된다. 모든 오점 및 면역형광 이미지가 대표적이다.
도 6a 는 STZ 유도 당뇨병 마우스는 비히클 처리 마우스에 비해 해마 DNMT1 수준이 더 높은 것을 나타낸다(n = 5).
도 6b 는 세포를 12시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 NAC(4mM)와 함께 인큐베이션한 후 NF-κ특이적 항체로 면역염색하고 DAPI로 대조염색한 결과를 나타낸다(n=6, 스케일 바=3μm).
도 6c 는 세포를 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 Bay 11-7082(10μM)로 처리한 후 DNMT1의 mRNA 및 단백질 발현 수준은 각각 정량적 PCR 및 웨스턴 블롯으로 분석한 결과를 나타낸다(n = 5).
도 6d 는 SH-SY5Y는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 12시간 동안 NT siRNA 또는 DNMT1 siRNA로 형질감염된 후 gDNA의 VPS26A 유전자의 -118 및 -346 CpG 부위의 메틸화 상태를 MSP 분석으로 확인한 결과를 나타낸다. VPS26A의 상대적 메틸화 수준은 메틸화되지 않은 형태와 비교하여 표시되었다(n = 5).
도 6e 는 SH-SY5Y는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 12시간 동안 NT siRNA 또는 DNMT1 siRNA로 형질감염된 후, VPS26a의 mRNA 및 단백질 발현 수준은 각각 정량적 PCR 및 웨스턴 블롯으로 분석한 결과를 나타낸다(n = 5). *p < 0.05, **p < 0.01 vs 대조군, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs 고 포도당. 정량적 데이터는 평균 ± SD로 표시된다. 모든 오점 및 면역형광 이미지가 대표적이다.
도 7a 는 SH-SY5Y을 시간 의존적으로 고 포도당(25mM)으로 처리된 후 정량적 PCR 및 웨스턴 블롯으로 분석한 결과로서, DNMT1의 mRNA 발현만 높은 포도당에 의해 증가되었고, DNMT1의 단백질 발현 수준은 또한 고 포도당 처리시 시간 의존적으로 증가한 것을 나타낸다(n = 5, Dunnett의 다중 비교 검정을 사용한 일원 분산 분석).
도 7b는 ROS/NF-κ매개 DNMT1 경로는 고 포도당에서 DNA 과메틸화를 유도하는 것을 나타낸다. 세포를 12시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 NAC(4mM)와 함께 인큐베이션한 후 NF-κα-tubulin 및 Lamin A/C는 세포질 및 핵 분획 샘플에서 웨스턴 블롯으로 검출하였다(n = 5). *p < 0.05, **p < 0.01 vs 대조군, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs 고혈당. 정량적 데이터는 평균 ± SD로 표시된다. 모든 오점 및 면역형광 이미지가 대표적이다(Tukey의 다중 비교 테스트를 사용한 양방향 ANOVA).
도 7c 는 세포를 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 Bay 11-7082(10μM)로 처리한 후 DNMT1-특이적 항체로 면역염색하고 DAPI로 대조염색한 결과, 고 포도당에 의해 증가된 DNMT1의 단백질 수준이 Bay 11-7082에 의해 감소된 것을 나타낸다(스케일 바=3μm, n = 6).
도 7d 는 SH-SY5Y는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 12시간 동안 NT siRNA 또는 DNMT1 siRNA로 형질감염된 후, 5mC 특이적 항체로 면역염색하고 DAPI로 대조염색한 결과로서, 5-mC 염색 강도의 높은 포도당 매개 증가는 DNMT1 침묵에 의해 감소된 것을 나타낸다(스케일 바=5μm, n = 6, Tukey의 다중 비교 테스트를 사용한 양방향 ANOVA).
도 7e 는 SH-SY5Y는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 12시간 동안 NT siRNA 또는 DNMT1 siRNA로 형질감염된 후, 도트 블롯 분석에 의해 세포 gDNA에서 5-mC의 발현 수준을 검출한 결과로서, 5-mC 염색 강도의 높은 포도당 매개 증가는 DNMT1 침묵에 의해 감소된 것을 나타낸다(n = 5, Tukey의 다중 비교 테스트를 사용한 양방향 ANOVA).
도 7f 는 SH-SY5Y는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 12시간 동안 NT siRNA 또는 DNMT1 siRNA로 형질감염된 후, 세포를 VPS26a-특이적 항체로 면역염색하고 DAPI로 대조염색한 결과로서, 고 포도당에서 VPS26a의 하향조절된 mRNA 및 단백질 발현 수준은 DNMT1 침묵에 의해 역전된 것을 나타낸다(스케일 바=3μm, n = 5, Tukey의 다중 비교 테스트를 사용한 양방향 ANOVA). *p < 0.05, **p < 0.01 vs 대조군, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs 고혈당. 정량적 데이터는 평균 ± SD로 표시된다. 모든 오점 및 면역형광 이미지가 대표적이다.
도 8a 는 세포를 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 R33(5μM)으로 처리한 후 웨스턴 블롯으로 분석한 결과를 나타낸다(n=5).
도 8b 는 세포를 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 R33(5μM)으로 처리한 후 iPSC-ND 및 SH-SY5Y는 EEA1 특이적 항체로 면역염색되었고 DAPI로 대조염색한 결과를 나타낸다(스케일 바=20μm). 평균 EEA1-puncta 직경은 독립적인 실험에서 측정되었다(n = 7).
도 8c 는 세포를 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 R33(5μM)으로 처리한 후 iPSC-ND 및 SH-SY5Y는 EEA1 특이적 항체로 면역염색되었고 DAPI로 대조염색한 결과를 나타낸다(스케일 바=3μm). 평균 EEA1-puncta 직경은 독립적인 실험에서 측정되었다(n = 6).
도 8d 는 세포를 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 R33(5μM)으로 처리한 후 iPSC-ND에서 APP, C99 및 β-Actin의 단백질 발현 수준을 웨스턴 블롯으로 검출한 결과 및 iPSC-ND의 세포 배양 배지로부터의 Aβ1-42는 인간 Aβ1-42 특이적 ELISA 분석으로 측정한 결과를 나타낸다(n = 5).
도 8e 는 세포를 48시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 R33(5μM)으로 처리한 후 iPSC-ND에서 p-Tau Ser396, p-Tau Thr181, t-Tau 및 β의 단백질 발현 수준을 웨스턴 블롯으로 검출한 결과를 나타낸다(n = 5). *p < 0.05, **p < 0.01 vs 대조군, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs 고혈당. 정량적 데이터는 평균 ± SD로 표시된다. 모든 오점 및 면역형광 이미지가 대표적이다.
도 9 의 A 는 SH-SY5Ys에서 APP, C99, β의 단백질 발현량은 western blot으로 확인한 결과를 나타내고(n = 5), B는 SH-SY5Y의 세포 배양 배지로부터의 Aβ1-42는 인간 Aβ1-42 특이적 ELISA 검정으로 측정한 결과를 나타내고(n = 5), C는 SH-SY5Y에서 p-Tau Ser396, p-Tau Thr181, t-Tau 및 β의 단백질 발현 수준을 웨스턴 블롯으로 검출한 결과를 나타낸다(n = 5). (Tukey의 다중 비교 테스트를 사용한 양방향 ANOVA) **p < 0.01 vs 대조군, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs 고 포도당. 정량적 데이터는 평균 ± SD로 표시된다. 모든 오점 및 면역형광 이미지가 대표적이다.
도 10a 는 iPSC-ND는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 R33(5μM)으로 처리하는 경우 높은 포도당은 APP와 초기 엔도솜 마커인 EEA1의 공동 국소화를 증가시켰으며, 이는 R33에 의해 역전된 것을 나타낸다(스케일 바= 20μm, n = 6).
도 10b 는 iPSC-ND는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 R33(5μM)으로 처리하는 경우 APP와 trans-Golgi 마커인 TGN38의 공동 국소화는 높은 포도당에서 감소하였고, R33 처리에 의해 회복된 것을 나타낸다(스케일 바= 20μm, n = 6).
도 10c 는 SH-SY5Y는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 24시간 동안 pcDNA3.1-eGFP 또는 pcDNA3.1-VPS26A-eGFP 플라스미드로 형질감염시킨 후 세포를 EEA1 및 APP 특이적 항체로 면역염색하고 DAPI로 대조염색한 결과 APP 및 EEA1의 공동 국소화가 VPS26a 과발현에 의해 감소된 것을 나타낸다(스케일 바=5μm, n = 5).
도 10d 는 SH-SY5Y는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 24시간 동안 pcDNA3.1-eGFP 또는 pcDNA3.1-VPS26A-eGFP 플라스미드로 형질감염시킨 후 세포를 TGN38 및 APP 특이적 항체로 시각화하고 DAPI로 대조염색한 결과 APP 및 TGN38의 공동 국소화는 대조군 pcDNA3.1-eGFP 형질감염이 있는 고 포도당 처리된 세포보다 더 높은 것을 나타낸다(스케일 바=5μm, n = 5).
도 10e 는 VPS26a 상향 조절이 Aβ를 감소시키는 높은 포도당에 의해 초기 엔도솜에 대한 APP의 보유를 역전시켰음을 나타낸다. APP, C99 및 β액틴은 웨스턴 블롯에 의해 검출되었다(n = 5). SH-SY5Y는 48시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 24시간 동안 pcDNA3.1-eGFP 또는 pcDNA3.1-VPS26A-eGFP 플라스미드로 형질감염되었다. 그 다음, 세포 배양 배지로부터의 Aβ1-42를 인간 Aβ1-42 특이적 ELISA 검정에 의해 측정하였다(n = 5). *p < 0.05, **p < 0.01 vs 대조군, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs 고혈당. 정량적 데이터는 평균 ± SD로 표시된다. 모든 오점 및 면역형광 이미지가 대표적이다.
도 11 은 고 포도당은 타우 인산화 관련 단백질의 발현 수준에 큰 변화가 없었다. SH-SY5Y는 시간 의존적 방식으로 고 포도당(25mM)으로 처리한 후 웨스턴 블롯으로 분석하였다(n = 5, Dunnett의 다중 비교 테스트를 사용한 일원 분산 분석). 정량적 데이터는 평균 ± SD로 표시된다.
도 12a 는 iPSC-ND는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 R33(5μM)으로 처리된 후 세포를 EEA1 및 CI-MPR 특이적 항체로 시각화하고 DAPI로 대조염색한 결과로서, iPSC-ND에서 높은 포도당은 CI-MPR과 EEA1의 공동 국소화를 증가시켰으며, 이는 R33 전처리에 의해 역전된 것을 나타낸다(스케일 바=20μm, n = 6).
도 12b 는 iPSC-ND는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 R33(5μM)으로 처리된 후 세포를 TGN38 및 CI-MPR 특이적 항체로 면역염색하고 DAPI로 대조염색한 결과로서, CI-MPR과 TGN38의 공동 국소화는 고 포도당 처리 세포에서 감소하였고 R33으로 전처리된 세포에서 회복된 것을 나타낸다(스케일 바=20μm, n = 6).
도 12c 는 iPSC-ND는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 R33(5μM)으로 처리된 후 세포를 CTSD 특이적 항체로 시각화하고 Lysotracker red 및 DAPI로 염색한 결과로서, 높은 포도당 조건에서의 세포는 R33 전처리에 의해 회복된 정상 포도당 조건 내의 세포보다 리소좀 및 CTSD의 공동 국소화가 더 낮은 것을 나타낸다(스케일 바=20μm, n = 6).
도 12d 는 SH-SY5Y는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 24시간 동안 pcDNA3.1-eGFP 또는 pcDNA3.1-1 VPS26A-eGFP 플라스미드로 형질감염된 후 세포를 EEA1 및 CI-MPR 특이적 항체로 시각화하고 DAPI로 대조염색한 결과로서, pcDNA3.1-eGFP 또는 pcDNA3.1-VPS26a-eGFP로 형질감염된 SH-SY5Y에서, 고 포도당에 의해 증가된 CI-MPR 및 EEA1의 공동 국소화는 VPS26a 과발현에 의해 감소한 것을 나타낸다 (스케일 바=5μm, n = 7).
도 12e 는 SH-SY5Y는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 24시간 동안 pcDNA3.1-eGFP 또는 pcDNA3.1-1 VPS26A-eGFP 플라스미드로 형질감염된 후 세포를 TGN38 및 CI-MPR 특이적 항체로 면역염색하고 DAPI로 대조염색한 결과로서, 높은 포도당에서 pcDNA3.1-VPS26a-eGFP로 형질감염된 세포는 높은 포도당에서 pcDNA3.1-eGFP 형질감염된 세포보다 CI-MPR 및 TGN38의 더 높은 공동 국소화를 나타낸다(스케일 바=5μm, n = 7).
도 12f 는 SH-SY5Y는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 24시간 동안 pcDNA3.1-eGFP 또는 pcDNA3.1-1 VPS26A-eGFP 플라스미드로 형질감염된 후, 세포를 CTSD 특이적 항체로 시각화하고 Lysotracker red 및 DAPI로 염색한 결과로서, 리소좀과 CTSD의 공동 국소화는 pcDNA3.1-eGFP를 사용한 고 포도당에 의해 감소되었고 pcDNA3.1-VPS26a-eGFP 형질감염에 의해 회복된 것을 나타낸다(스케일 바=5μm, n = 5).
도 12g 는 SH-SY5Y는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 24시간 동안 pcDNA3.1-eGFP 또는 pcDNA3.1-1 VPS26A-eGFP 플라스미드로 형질감염된 후, Pro-CTSD, Mat-CTSD, CI-MPR 및 β은 웨스턴 블롯으로, 세포 용해물의 CTSD 활성은 CTSD 활성 형광 측정 분석 키트로 측정한 결과를 나타낸다(n = 5).
도 12h 는 SH-SY5Ys를 pcDNA3.1-eGFP 또는 pcDNA3.1-VPS26A-eGFP 플라스미드로 24시간 동안 형질감염시킨 다음 고 포도당 처리(25mM) 24시간 동안 p-Tau Ser396, p-Tau Thr181, t-Tau 및 β은 웨스턴 블롯에 의해 검출된 결과를 나타낸다(n = 5). *p < 0.05, **p < 0.01 대 대조군, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs 고혈당, $p < 0.05 vs pcDNA3.1-VPS26a-eGFP + 고혈당. 정량적 데이터는 평균 ± SD로 표시된다. 모든 오점 및 면역형광 이미지가 대표적이다.
도 13a 는 R33 처리에 의해 VPS26a 수준은 STZ-당뇨병 마우스의 해마에서 감소 및 회복된 것을 나타낸다(n = 5).
도 13b 는 IHC용 해마 슬라이드는 각각 Rab5-, Synaptophysin-, PSD95- 및 GFAP 특이적 항체로 면역염색되었고 DAPI로 대조염색된 결과로서, STZ 마우스의 해마 Rab5 신호 강도는 비히클 주입 및 STZ+R33 주입 마우스보다 높은 것을 나타낸다(스케일 바=20μm, n = 5).
도 13c 는 해마 APP, C99, p-Tau Ser396, p-Tau Thr181, t-Tau, Pro-CTSD, Mat-CTSD, CI-MPR 및 β액틴은 웨스턴 블롯으로 검출한 결과 및 해마의 Aβ1-42는 쥐 및 마우스 Aβ1-42 특이적 ELISA 분석에 의해 측정된 결과로서, R33 처리에 의해 APP, C99, Aβ인산화된 타우 및 pro-CTSD의 상향 조절된 수준과 성숙한-CTSD의 하향 조절된 수준을 나타낸다(n = 5).
도 13d 는 해마 시냅토피신, PSD95, GFAP 및 β액틴은 웨스턴 블롯에 의해 검출된 결과로서, STZ 마우스에서 PSD95 수준은 감소했지만 해마 시냅토피신 수준은 감소하지 않았고 GFAP 수준은 증가했으며 이 모두는 R33 처리로 역전된 것을 나타낸다(n = 5).
도 13e 는 IHC용 해마 슬라이드는 각각 Rab5-, Synaptophysin-, PSD95- 및 GFAP 특이적 항체로 면역염색되었고 DAPI로 대조염색된 결과로서, STZ 마우스에서 PSD95 수준은 감소했지만 해마 시냅토피신 수준은 감소하지 않았고 GFAP 수준은 증가했으며 이 모두는 R33 처리로 역전된 것을 나타낸다 (스케일 바= 20μm, n = 5).
도 13f 는 IHC용 해마 슬라이드는 각각 Rab5-, Synaptophysin-, PSD95- 및 GFAP 특이적 항체로 면역염색되었고 DAPI로 대조염색된 결과로서, STZ 마우스에서 PSD95 수준은 감소했지만 해마 시냅토피신 수준은 감소하지 않았고 GFAP 수준은 증가했으며 이 모두는 R33 처리로 역전된 것을 나타낸다(스케일 바= 20μm, n = 5).
도 13g 는 IHC용 해마 슬라이드는 각각 Rab5-, Synaptophysin-, PSD95- 및 GFAP 특이적 항체로 면역염색되었고 DAPI로 대조염색된 결과로서, STZ 마우스에서 PSD95 수준은 감소했지만 해마 시냅토피신 수준은 감소하지 않았고 GFAP 수준은 증가했으며 이 모두는 R33 처리로 역전된 것을 나타낸다(스케일 바=20μm, n = 5)
도 13h 는 마우스의 공간 및 객체 작업 기억 기능을 각각 평가하기 위한 Y-미로 테스트와 NOR 테스트 결과를 나타낸다(n = 6). *p < 0.05, **p < 0.01 vs 대조군, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs STZ 처리 마우스. 정량적 데이터는 평균 ± SD로 표시된다. 모든 오점 및 면역형광 이미지가 대표적이다.Figure 1 shows a schematic diagram of the mechanism by which the decrease in VPS26a expression in high glucose induces dysregulation in amyloid precursor protein processing and tau hyperphosphorylation.
Figure 2 shows the animal's body weight and blood glucose level and in vivo flow chart. Blood glucose and body weight were measured at 9 and 18 weeks of age. Data are expressed as mean ± SD (two-way ANOVA with Tukey's multiple comparison test).
Figure 3 shows the characterization of iPSC-ND cells. iPSC-ND cells were immunostained with MAP2 and NeuN specific antibodies and counterstained with DAPI (scale bar = 20 μm).
Figure 4a shows that only the expression level of VPS26a among retromeric components decreased in the hippocampus of STZ-induced diabetic mice (n=5).
Figure 4b shows that only VPS26a expression levels among retromeric components decreased in the hippocampus of STZ-induced diabetic mice as a result of immunostaining tissue slides for IHC with VPS35, VPS26a, and VPS29-specific antibodies and counterstaining with DAPI (scale bar=20 μm, n=5).
Figure 4c shows the down-regulation of VPS26a as a result of treating iPSC-NDs with D-glucose (25 mM) for 24 hours (n = 5).
Figure 4d shows that treatment of SH-SY5Y with high glucose (25 mM) in a time-dependent manner and analysis by quantitative real-time PCR showed that mRNA and protein expression levels of VPS26a were reduced after 12 hours (n = 5).
Figure 4e shows that iPSC-NDs were treated with high glucose (25 mM) for 24 hours, immunostained with Rab5 and VPS35-specific antibodies, and counterstained with DAPI, reducing the degree of colocalization between Rab5 and VPS35, early endosome markers. (Scale bar = 20 μm, n = 6). *p < 0.05, **p < 0.01 vs control. Quantitative data are presented as mean ± SD. All blot and immunofluorescence images are representative.
Figure 5a shows that SH-SY5Y was treated with high glucose (25 mM) in a time-dependent manner, and VPS35, VPS26a, VPS26b, VPS29, SORCS1, SORL1, WASHC1, and β-actin were detected by Western blot. decrease in exposed SH-SY5Y (n = 5, one-way ANOVA using Dunnett's multiple comparison test).
Figure 5b shows the results of treatment with D-glucose (25 mM) or L-glucose (25 mM) in SH-SY5Y for 24 hours, and detection of VPS35, VPS26a, VPS29 and β-actin by Western blot (n = 5, One-way ANOVA with Dunnett's multiple comparison test).
Figure 5c shows the results of SH-SY5Y treated with high glucose (25 mM) for 24 hours immunostained with Rab5 and VPS35 specific antibodies and counterstained with DAPI (scale bar = 3 μm, n = 6). *p < 0.05, **p < 0.01 vs control. Quantitative data are presented as mean ± SD. All blot and immunofluorescence images are representative.
6A shows that STZ-induced diabetic mice have higher hippocampal DNMT1 levels compared to vehicle-treated mice (n = 5).
Figure 6b shows the results of immunostaining with an NF-κ-specific antibody and counterstaining with DAPI after cells were incubated with NAC (4 mM) for 30 minutes before high glucose treatment (25 mM) for 12 hours (n = 6, Scale bar = 3 μm).
Figure 6c shows the results of DNMT1 mRNA and protein expression levels analyzed by quantitative PCR and Western blot, respectively, after cells were treated with Bay 11-7082 (10 μM) for 30 minutes before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours ( n = 5).
Figure 6d shows SH-SY5Y was transfected with NT siRNA or DNMT1 siRNA for 12 hours before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, and then the methylation status of -118 and -346 CpG regions of the VPS26A gene of gDNA was confirmed by MSP analysis indicates Relative methylation levels of VPS26A were plotted relative to unmethylated forms (n = 5).
Figure 6e shows the results of SH-SY5Y transfected with NT siRNA or DNMT1 siRNA for 12 hours before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, and the mRNA and protein expression levels of VPS26a were analyzed by quantitative PCR and Western blot, respectively. (n = 5). *p < 0.05, **p < 0.01 vs control, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs high glucose. Quantitative data are presented as mean ± SD. All blot and immunofluorescence images are representative.
Figure 7a is a result of SH-SY5Y treated with high glucose (25 mM) in a time-dependent manner and then analyzed by quantitative PCR and Western blot. As a result, only the mRNA expression of DNMT1 was increased by high glucose, and the protein expression level of DNMT1 was also high. Shows a time-dependent increase upon glucose treatment (n = 5, one-way ANOVA using Dunnett's multiple comparison test).
Figure 7b shows that the ROS/NF-κ-mediated DNMT1 pathway induces DNA hypermethylation in high glucose. After cells were incubated with NAC (4 mM) for 30 minutes before high glucose treatment (25 mM) for 12 hours, NF-κα-tubulin and Lamin A/C were detected by Western blot in cytoplasmic and nuclear fraction samples (n = 5 ). *p < 0.05, **p < 0.01 vs control, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs hyperglycemia. Quantitative data are presented as mean ± SD. All blot and immunofluorescence images are representative (two-way ANOVA with Tukey's multiple comparison test).
Figure 7c shows that cells were treated with Bay 11-7082 (10 μM) for 30 minutes before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, then immunostained with a DNMT1-specific antibody and counterstained with DAPI. As a result, increased by high glucose It shows that the protein level of DNMT1 reduced by Bay 11-7082 (Scale bar = 3 μm, n = 6).
Figure 7d shows SH-SY5Y was transfected with NT siRNA or DNMT1 siRNA for 12 hours before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, then immunostained with a 5mC-specific antibody and counterstained with DAPI, resulting in 5-mC staining A high glucose-mediated increase in intensity was reduced by DNMT1 silencing (scale bar = 5 μm, n = 6, two-way ANOVA with Tukey's multiple comparison test).
Figure 7e shows the result of detecting the expression level of 5-mC in cell gDNA by dot blot analysis after SH-SY5Y was transfected with NT siRNA or DNMT1 siRNA for 12 hours before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, The high glucose-mediated increase in 5-mC staining intensity was reduced by DNMT1 silencing (n = 5, two-way ANOVA with Tukey's multiple comparisons test).
Figure 7f shows SH-SY5Y was transfected with NT siRNA or DNMT1 siRNA for 12 hours before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, and then cells were immunostained with a VPS26a-specific antibody and counterstained with DAPI. Downregulated mRNA and protein expression levels of VPS26a in glucose are shown to be reversed by DNMT1 silencing (scale bar=3 μm, n=5, two-way ANOVA using Tukey's multiple comparisons test). *p < 0.05, **p < 0.01 vs control, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs hyperglycemia. Quantitative data are presented as mean ± SD. All blot and immunofluorescence images are representative.
Figure 8a shows the results of Western blot analysis after cells were treated with R33 (5 μM) for 30 minutes before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours (n = 5).
Figure 8b shows the results of immunostaining of iPSC-ND and SH-SY5Y with EEA1-specific antibody and counterstaining with DAPI after cells were treated with R33 (5 μM) for 30 minutes before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours. (Scale bar = 20 μm). Average EEA1-puncta diameters were measured in independent experiments (n = 7).
Figure 8c shows the results of iPSC-ND and SH-SY5Y immunostained with an EEA1-specific antibody and counterstained with DAPI after cells were treated with R33 (5 μM) for 30 minutes before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours. (Scale bar = 3 μm). Mean EEA1-puncta diameters were measured in independent experiments (n = 6).
Figure 8d shows the results of detecting the protein expression levels of APP, C99 and β-Actin in iPSC-ND by Western blot after cells were treated with R33 (5 μM) for 30 minutes before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours and iPSC Aβ1-42 from the cell culture medium of -ND was measured by human Aβ1-42 specific ELISA assay (n = 5).
Figure 8e shows the protein expression levels of p-Tau Ser396, p-Tau Thr181, t-Tau and β in iPSC-ND after cells were treated with R33 (5 μM) for 30 minutes before high glucose treatment (25 mM) for 48 hours. The results of detection by Western blot are shown (n = 5). *p < 0.05, **p < 0.01 vs control, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs hyperglycemia. Quantitative data are presented as mean ± SD. All blot and immunofluorescence images are representative.
9A shows the protein expression levels of APP, C99, and β in SH-SY5Ys by western blot (n = 5), and B shows that Aβ1-42 from the cell culture medium of SH-SY5Y is human Aβ1- 42 shows the result measured by specific ELISA assay (n = 5), and C shows the result of detecting the protein expression levels of p-Tau Ser396, p-Tau Thr181, t-Tau and β in SH-SY5Y by Western blot represents (n = 5). (Two-way ANOVA with Tukey's multiple comparison test) **p < 0.01 vs control, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs high glucose. Quantitative data are presented as mean ± SD. All blot and immunofluorescence images are representative.
Figure 10a shows that when iPSC-NDs were treated with R33 (5 μM) for 30 min before high glucose treatment (25 mM) for 24 h, high glucose increased the colocalization of APP and the early endosome marker EEA1, which was related to R33. (Scale bar = 20 μm, n = 6).
Figure 10b shows that when iPSC-NDs were treated with R33 (5 μM) for 30 min before high glucose treatment (25 mM) for 24 h, the colocalization of APP and trans-Golgi marker TGN38 was reduced at high glucose, and R33 treatment Recovered (scale bar = 20 μm, n = 6).
Figure 10c shows that SH-SY5Y was transfected with pcDNA3.1-eGFP or pcDNA3.1-VPS26A-eGFP plasmid for 24 hours prior to high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, and then cells were immunostained with EEA1 and APP specific antibodies. and counterstaining with DAPI showed that the colocalization of APP and EEA1 was reduced by VPS26a overexpression (scale bar = 5 μm, n = 5).
Figure 10d shows that SH-SY5Y was transfected with pcDNA3.1-eGFP or pcDNA3.1-VPS26A-eGFP plasmid for 24 hours before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, and then cells were visualized with TGN38 and APP specific antibodies Counterstaining with DAPI shows that the colocalization of APP and TGN38 is higher than that of high glucose treated cells with control pcDNA3.1-eGFP transfection (scale bar = 5 μm, n = 5).
10E shows that VPS26a upregulation reversed retention of APP to early endosomes by high glucose reducing Aβ. APP, C99 and β actin were detected by Western blot (n = 5). SH-SY5Y was transfected with pcDNA3.1-eGFP or pcDNA3.1-VPS26A-eGFP plasmid for 24 hours before high glucose treatment (25 mM) for 48 hours. Aβ1-42 from the cell culture medium was then measured by a human Aβ1-42 specific ELISA assay (n = 5). *p < 0.05, **p < 0.01 vs control, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs hyperglycemia. Quantitative data are presented as mean ± SD. All blot and immunofluorescence images are representative.
11 shows that high glucose did not significantly change the expression level of proteins related to tau phosphorylation. SH-SY5Y was analyzed by Western blot after treatment with high glucose (25 mM) in a time-dependent manner (n = 5, one-way ANOVA using Dunnett's multiple comparison test). Quantitative data are presented as mean ± SD.
Figure 12a shows iPSC-ND treated with R33 (5 μM) for 30 minutes before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, and then cells were visualized with EEA1 and CI-MPR specific antibodies and counterstained with DAPI. High glucose in -ND increased the colocalization of CI-MPR and EEA1, which was reversed by R33 pretreatment (scale bar = 20 μm, n = 6).
Figure 12b shows the results of iPSC-ND treated with R33 (5 μM) for 30 minutes before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, and then immunostained with TGN38 and CI-MPR specific antibodies and counterstained with DAPI, Colocalization of CI-MPR and TGN38 was reduced in cells treated with high glucose and recovered in cells pretreated with R33 (scale bar = 20 μm, n = 6).
Figure 12c shows iPSC-ND treated with R33 (5 μM) for 30 minutes before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, and then the cells were visualized with a CTSD-specific antibody and stained with Lysotracker red and DAPI. Cells in a show lower colocalization of lysosomes and CTSD than cells in normal glucose conditions recovered by R33 pretreatment (Scale bar = 20 μm, n = 6).
Figure 12d shows that SH-SY5Y was transfected with pcDNA3.1-eGFP or pcDNA3.1-1 VPS26A-eGFP plasmid for 24 hours prior to high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, and then cells were incubated with EEA1 and CI-MPR specific antibodies. As a result of visualization and counterstaining with DAPI, in SH-SY5Y transfected with pcDNA3.1-eGFP or pcDNA3.1-VPS26a-eGFP, the colocalization of CI-MPR and EEA1 increased by high glucose was reduced by VPS26a overexpression. decrease (scale bar = 5 μm, n = 7).
Figure 12e shows that SH-SY5Y was transfected with pcDNA3.1-eGFP or pcDNA3.1-1 VPS26A-eGFP plasmid for 24 hours prior to high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, then cells were incubated with TGN38 and CI-MPR specific antibodies. As a result of immunostaining and counterstaining with DAPI, cells transfected with pcDNA3.1-VPS26a-eGFP at high glucose show higher colocalization of CI-MPR and TGN38 than cells transfected with pcDNA3.1-eGFP at high glucose. (Scale bar = 5 μm, n = 7).
Figure 12f shows that SH-SY5Y was transfected with pcDNA3.1-eGFP or pcDNA3.1-1 VPS26A-eGFP plasmid for 24 hours before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, then cells were visualized with CTSD-specific antibody and Lysotracker As a result of staining with red and DAPI, the colocalization of CTSD with lysosomes was reduced by high glucose using pcDNA3.1-eGFP and restored by pcDNA3.1-VPS26a-eGFP transfection (Scale bar = 5 μm, n = 5).
Figure 12g shows that SH-SY5Y was transfected with pcDNA3.1-eGFP or pcDNA3.1-1 VPS26A-eGFP plasmid for 24 hours before high glucose treatment (25 mM) for 24 hours, Pro-CTSD, Mat-CTSD, CI- MPR and β are Western blots, and CTSD activity of cell lysates is a CTSD activity fluorescence measurement assay kit (n = 5).
Figure 12h shows that SH-SY5Ys was transfected with pcDNA3.1-eGFP or pcDNA3.1-VPS26A-eGFP plasmid for 24 hours and then treated with high glucose (25 mM) for 24 hours to p-Tau Ser396, p-Tau Thr181, t- Tau and β represent the results detected by Western blot (n = 5). *p < 0.05, **p < 0.01 vs control, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs hyperglycemia, $p < 0.05 vs pcDNA3.1-VPS26a-eGFP + hyperglycemia. Quantitative data are presented as mean ± SD. All blot and immunofluorescence images are representative.
Figure 13a shows that the level of VPS26a was reduced and restored in the hippocampus of STZ-diabetic mice by R33 treatment (n = 5).
Figure 13b shows hippocampal slides for IHC immunostained with Rab5-, Synaptophysin-, PSD95- and GFAP-specific antibodies, respectively, and counterstained with DAPI. higher (scale bar = 20 μm, n = 5).
13c shows the results of detecting hippocampal APP, C99, p-Tau Ser396, p-Tau Thr181, t-Tau, Pro-CTSD, Mat-CTSD, CI-MPR, and β-actin by Western blot, and hippocampal Aβ1-42 As a result measured by rat and mouse Aβ1-42 specific ELISA assay, R33 treatment shows upregulated levels of APP, C99, Aβ phosphorylated tau and pro-CTSD and downregulated levels of mature-CTSD ( n = 5).
Figure 13d shows the results of hippocampal synaptophysin, PSD95, GFAP, and β-actin detected by Western blot. In STZ mice, the level of PSD95 decreased, but the level of hippocampal synaptophysin did not decrease, and the level of GFAP increased, all of which were R33 treatment reversed (n = 5).
13e shows that hippocampal slides for IHC were immunostained with Rab5-, Synaptophysin-, PSD95- and GFAP-specific antibodies, respectively, and counterstained with DAPI. As a result, the level of PSD95 was decreased in STZ mice, but the level of synaptophysin in the hippocampus was not decreased. and GFAP levels increased, all of which were reversed by R33 treatment (scale bar = 20 μm, n = 5).
Figure 13f shows the results of immunostaining of hippocampal slides for IHC with Rab5-, Synaptophysin-, PSD95- and GFAP-specific antibodies, respectively, and counterstaining with DAPI. GFAP levels increased, all of which were reversed by R33 treatment (scale bar = 20 μm, n = 5).
Figure 13g shows that hippocampal slides for IHC were immunostained with Rab5-, Synaptophysin-, PSD95- and GFAP-specific antibodies, respectively, and counterstained with DAPI. As a result, the level of PSD95 decreased in STZ mice, but the level of hippocampal synaptophysin did not decrease. GFAP levels increased, all of which were reversed by R33 treatment (scale bar = 20 μm, n = 5).
13H shows the results of the Y-maze test and the NOR test to evaluate the spatial and object working memory functions of mice, respectively (n = 6). *p < 0.05, **p < 0.01 vs control, #p < 0.05, ##p < 0.01 vs STZ treated mice. Quantitative data are presented as mean ± SD. All blot and immunofluorescence images are representative.
본 발명자들은 고혈당으로 인한 레트로머(Retromer) 기능장애가 세포 내 수송을 손상시키는 것과 알츠하이머병 사이의 관계에 대한 기본 메커니즘을 확인하기 위해 높은 포도당에 노출된 인간 유도 만능 줄기 세포 유래 신경 분화 세포와 SH-SY5Y 세포를 사용했다. 레트로머가 알츠하이머병 유사 병리학에 기여하는지 여부를 설명하기 위해 스트렙토조토신 유도 당뇨병 마우스를 사용했다. 그 결과, VPS26a(vacuolar protein sorting-associated protein 26a)가 당뇨병 마우스와 고 포도당 처리 인간 신경 세포의 해마에서 감소하는 것을 확인했다. 고 포도당은 ROS/NF-κ메틸트랜스퍼라제1 매개 프로모터 과메틸화를 통해 VPS26a를 하향 조절했다. VPS26a 회수는 엔도솜에서 APP 및 양이온 독립적인 만노스-6-인산 수용체의 보유를 차단하고 트랜스 골지로의 수송을 촉진하여 Aβ수준을 감소시키고 카텝신 D 활성을 개선하여 p-타우 수준을 각각 감소시켰다. 레트로머 향상은 당뇨병 생쥐의 시냅스 결손, 성상교세포 과활성화 및 인지 장애를 개선했다.To identify the basic mechanism for the relationship between hyperglycemia-induced retromer dysfunction impairing intracellular transport and Alzheimer's disease, we studied human induced pluripotent stem cell-derived neural differentiated cells exposed to high glucose and SH- SY5Y cells were used. To elucidate whether retromers contribute to Alzheimer's disease-like pathology, we used streptozotocin-induced diabetic mice. As a result, it was confirmed that vacuolar protein sorting-associated protein 26a (VPS26a) was decreased in the hippocampus of diabetic mice and human neurons treated with high glucose. High glucose downregulated VPS26a through ROS/NF-κmethyltransferase 1-mediated promoter hypermethylation. VPS26a withdrawal blocked the retention of APP and cation-independent mannose-6-phosphate receptors in endosomes and promoted their transport to the trans-Golgi, reducing Aβ levels and improving cathepsin D activity, thereby reducing p-tau levels, respectively . Retromer enhancement improved synaptic deficits, astrocyte hyperactivation and cognitive impairment in diabetic mice.
결론적으로, 본 발명의 VPS26a는 APP 처리 및 타우 인산화를 조절함으로써 DM 관련 알츠하이머병 발병을 억제할 수 있었다. In conclusion, VPS26a of the present invention could suppress DM-related Alzheimer's disease by regulating APP processing and tau phosphorylation.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 '예방'이란, 본 발명의 레트로머 안정제(Retromer stabilizer) 또는 스크리닝한 후보 약물로 인해 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환 내지 관련 질환이 억제되거나 그 발병이 지연되도록 하는 모든 행위를 의미한다. The term 'prevention' in the present invention refers to all activities that suppress or delay the onset of diabetes-mediated neurodegenerative diseases or related diseases due to the retromer stabilizer or the candidate drug screened according to the present invention.
본 발명의 '개선' 또는 '치료' 란, 본 발명의 레트로머 안정제(Retromer stabilizer) 또는 스크리닝한 후보 약물로 인해 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환 내지 관련 질환과 관련된 파라미터, 예를 들면 증상의 정도가 호전되거나 이롭게 되도록 하는 모든 행위를 의미한다.The term 'improvement' or 'treatment' of the present invention means that parameters related to diabetes-mediated neurodegenerative diseases or related diseases, for example, the severity of symptoms, are improved or It means any action that is beneficial.
본 발명의 '진단' 은 넓은 의미로는 환자의 병의 실태를 모든 면에 걸쳐서 판단하는 것을 의미할 수 있다. 판단의 내용은 병명, 병인, 병형, 경중, 병상의 상세한 양태, 및 합병증의 유무 등이다. 본 발명에서 진단은 바람직하게는 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환 내지 관련 질환 및 이의 발병 위험성을 판단하는 것이다.'Diagnosis' of the present invention may mean to judge the actual condition of a patient's disease in all aspects in a broad sense. The content of judgment is the name of the disease, etiology, type of disease, severity, detailed condition of the disease, and presence or absence of complications. Diagnosis in the present invention is preferably to determine diabetes-mediated neurodegenerative diseases or related diseases and the risk of developing them.
본 발명의 '레트로머 안정제' 는 잘못 폴딩(folding)되어 있는 레트로머 복합체를 수정(correct)하여 레트로머 복합체의 3차원 구조를 안정화함으로써 의도된 기능을 촉진 내지 회복시킬 수 있는 제제를 의미할 수 있다. The 'retromer stabilizer' of the present invention may refer to an agent capable of promoting or restoring an intended function by correcting a misfolded retromer complex to stabilize the three-dimensional structure of the retromer complex. there is.
본 발명의 '당뇨병 매개 신경퇴행성 질환' 은 당뇨병을 원인으로 하거나 이와 관련하여 발생할 수 있는 신경퇴행성 질환 일반을 의미할 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환은 당뇨병 매개 알츠하이머병 을 의미할 수 있다. The 'diabetes-mediated neurodegenerative disease' of the present invention may refer to general neurodegenerative diseases caused by or related to diabetes. Preferably, the diabetes-mediated neurodegenerative disease of the present invention may mean diabetes-mediated Alzheimer's disease.
본 발명은 레트로머 기능장애가 당뇨병(DM) 매개 알츠하이머병(AD) 병인의 잠재적인 기전임을 입증했다. 실제로, in vitro 데이터는 VPS26a의 높은 포도당 매개 하향 조절이 신경 세포에서 비정상적인 APP 처리 및 타우 인산화를 유도한다는 것을 보여주었다. In vivo 데이터는 Aβ의 상향 조절, 타우 인산화, 시냅스 결손, 성상교세포 과활성화 및 인지 장애가 당뇨병 마우스에서 레트로머 향상에 의해 회복되었음을 보여주었다. 당뇨병에서 수많은 레트로머 성분의 발현 수준 변화를 조사한 연구는 없다. 흥미롭게도, 본 발명에서는 레트로머 구성 요소 중에서 VPS35, SORCS1 또는 WASHC1이 아닌 VPS26a의 단백질 수준만이 STZ 유도 당뇨병 마우스 및 높은 포도당에 노출된 인간 신경 세포의 해마에서 하향 조절된다는 것을 확인할 수 있었다. VPS35 결핍은 VPS26과 VPS29 모두의 수준을 감소시키는 것으로 알려져 있으나, 본 발명자들은 높은 포도당 매개 VPS26a 하향 조절이 VPS35 및 VPS29의 감소를 동반하지 않았으며 이는 분자 안정성의 차이로 인한 것일 수 있음을 보여주었다. 더욱이, 본 발명자들은 초기 엔도솜에 대한 VPS35의 모집이 높은 포도당 조건에서 감소한다는 것을 확인했다. 이러한 결과는 VPS26a가 높은 포도당 특이적 레트로머 기능장애를 유발하는 인자임을 나타낸다. 게놈 전체의 DNA 메틸화 분석 연구는 VPS26A 프로모터가 1형 및 2형 당뇨병 모두에서 과메틸화되어 있음을 보여주었지만, 과메틸화 및 세포 유형 특이적 과메틸화의 메커니즘은 알려져 있지 않다. 당뇨병 마우스에서 DNMT1은 상처 치유 관련 유전자의 과메틸화를 유도하여 이러한 단백질의 발현을 하향 조절한다. 당뇨병 억제 AMP 활성화 키나제에 의한 TET2의 불안정화는 DNA 메틸화를 조절하지 않아 TET2의 종양 억제 기능을 상실한다. 그러나 본 발명에서는 DNA 메틸화 관련 유전자 중 당뇨병 조건에서 DNMT1 만 증가한다는 것을 보여주었다. 높은 포도당 자극 Sp1/NF-κp65 복합체는 DNMT1의 프로모터 영역에 결합하고 그 발현을 상향 조절하여 족세포 슬릿 다이어프램(podocyte slit diaphragm) 유전자의 과메틸화를 유도한다. 또한 본 발명자들은 높은 포도당이 ROS 매개 NF-κp65 자극을 통해 DNMT1 발현을 상향 조절한다는 것을 확인했다. 본 발명에서는 DNMT1이 2개의 CpG 부위(-118 및 -346)를 포함하는 VPS26A 프로모터의 과메틸화를 유도한다는 것을 확인했으며, 이는 DNMT1 매개 후성 유전적 조절이 당뇨병 조건 하에서 신경 세포에서 VPS26a 발현을 감소시켰음을 시사한다.The present invention demonstrated that retromer dysfunction is a potential mechanism of diabetes (DM)-mediated Alzheimer's disease (AD) pathogenesis. Indeed, in vitro data showed that high glucose-mediated downregulation of VPS26a induced aberrant APP processing and tau phosphorylation in neurons. In vivo data showed that Aβ upregulation, tau phosphorylation, synaptic deficits, astrocyte hyperactivation and cognitive impairment were restored by retromer enhancement in diabetic mice. No studies have investigated changes in the expression levels of numerous retromeric components in diabetes. Interestingly, in the present invention, it was confirmed that only the protein level of VPS26a, not VPS35, SORCS1 or WASHC1, among the retromeric components, was downregulated in the hippocampus of STZ-induced diabetic mice and human neurons exposed to high glucose. VPS35 deficiency is known to reduce the levels of both VPS26 and VPS29, but we showed that high glucose-mediated VPS26a downregulation was not accompanied by decreases in VPS35 and VPS29, which may be due to differences in molecular stability. Moreover, we confirmed that the recruitment of VPS35 to early endosomes is reduced under high glucose conditions. These results indicate that VPS26a is a factor inducing high glucose-specific retromer dysfunction. Genome-wide DNA methylation analysis studies have shown that the VPS26A promoter is hypermethylated in both
또한, 본 발명자들은 R33 처리가 레트로머 안정화로서 높은 포도당에 의해 감소된 VPS26a 수준을 회복한다는 것을 확인했다. 또한, 높은 포도당 매개 초기 엔도솜 비대와 APP, Aβ및 타우 인산화의 증가는 R33 처리에 의해 하향 조절되었다. 이러한 결과는 레트로머가 높은 포도당에 노출된 신경 세포에서 APP 처리 및 타우 인산화의 변경 모두에 대한 잠재적인 조절제임을 시사하였다. 본 발명에서는 높은 포도당이 APP의 초기 엔도솜으로의 이동을 증가시키고 R33 처리에 의해 회복된 트랜스 골지로의 이동을 감소시키는 것으로 나타났다. 초기 엔도솜 이상이 C99 축적과 관련되어 있다는 점을 감안할 때, 이러한 결과는 높은 포도당 매개 레트로머 기능 장애가 초기 엔도솜에서 병원성 APP 조절을 유도한다는 것을 시사한다. 이전 연구에서는 레트로머 매개 APP 처리의 분자 메커니즘을 조사했다. VPS35는 COS-7 세포에서 APP에 직접 결합하고, 이의 결핍은 마우스 해마 뉴런의 초기 엔도솜에서 APP를 증가시킨다. SORCS1 세포질 꼬리에서 YAQM 모티프를 조작하면 초기 엔도솜에서 APP 유지가 증가하고 H4 신경교종 세포에서 트랜스 골지로 APP 수송이 감소한다. APP와 상호작용하는 SORL1의 과발현은 인간 신경모세포종 세포에서 트랜스-골지로 APP 재분배를 유도하였다. SNX27은 SORL1의 세포질 꼬리에 직접 결합하여 APP를 마우스 1차 뉴런의 세포 표면으로 운반한다. 그러나 기능 획득 실험을 통해 본 발명에서는 VPS26a 과발현이 초기 엔도솜에서 트랜스 골지로 APP의 수송을 촉진하고 APP, C99 및 Aβ의 높은 포도당 매개 증가를 역전시켰음을 보여준다. VPS26a는 SNX3가 C-말단 영역, VPS26a 과발현의 유익한 효과의 가능한 메커니즘은 CRC의 기능적 향상을 통한 것이다. In addition, we confirmed that R33 treatment restored VPS26a levels reduced by high glucose as retromer stabilization. In addition, high glucose-mediated early endosome hypertrophy and increases in APP, Aβ, and tau phosphorylation were downregulated by R33 treatment. These results suggested that retromers are potential regulators of both APP processing and alteration of tau phosphorylation in neurons exposed to high glucose. In the present invention, it was shown that high glucose increases the transport of APP to early endosomes and reduces the transport to the trans Golgi recovered by R33 treatment. Given that early endosomal abnormalities are associated with C99 accumulation, these results suggest that high glucose-mediated retromer dysfunction induces pathogenic APP regulation in early endosomes. Previous studies have investigated the molecular mechanisms of retromer-mediated APP processing. VPS35 directly binds APP in COS-7 cells, and its deficiency increases APP in early endosomes of mouse hippocampal neurons. Engineering the YAQM motif in the SORCS1 cytoplasmic tail increases APP retention in early endosomes and reduces APP transport to the trans Golgi in H4 glioma cells. Overexpression of SORL1, which interacts with APP, induced APP redistribution to the trans-Golgi in human neuroblastoma cells. SNX27 directly binds to the cytoplasmic tail of SORL1 and transports APP to the cell surface of mouse primary neurons. However, gain-of-function experiments show that overexpression of VPS26a promotes APP transport from early endosomes to the trans Golgi and reverses the high glucose-mediated increase in APP, C99 and Aβ. VPS26a is the C-terminal region of SNX3, and a possible mechanism of the beneficial effects of VPS26a overexpression is through functional enhancement of CRC.
인산화된 타우(tau)는 리소좀에서 성숙한 CTSD에 의해 분해되기 때문에, CTSD 단백질 분해 능력의 부족은 인산화된 타우의 비정상적 축적으로 이어진다. 이전 연구에서는 CI-MPR이 CTSD에 직접 결합하고 HEK293 세포에서 레트로머 매개 수송을 통해 CTSD의 성숙에 기여하는 것으로 나타났다. 본 발명자들은 iPSC-ND에서 R33 처리에 의한 레트로머 강화가 트랜스-골지로의 수송을 통해 초기 엔도솜에서 CI-MPR 보유의 높은 포도당 매개 증가를 역전시킨다는 것을 확인했다. 또한, R33은 높은 포도당 조건에 의해 하향 조절되는 CTSD와 리소좀의 공동 국소화를 증가시켰다. VPS35 녹아웃은 CTSD의 부적절한 처리를 유도하고 엔도솜에서 HeLa 세포의 트랜스 골지로의 CI-MPR 전달 장애를 통해 활성을 감소시켰다. VPS35가 신경 세포에서 활성 CTSD 가용성의 조절을 통해 타우 인산화를 조절하지만, VPS26a가 CI-MPR 트래피킹 및 관련 CTSD 성숙에 미치는 영향을 조사한 연구는 없다. 본 발명의 VPS26a 과발현 결과는 높은 포도당 매개 부적절한 CI-MPR 및 CTSD 트래피킹 및 감소된 CTSD 활성이 VPS26a에 의존한다는 것을 보여주었다. 또한, 펩스타틴 A(Pepstatin A)를 사용하여 인산화된 타우 분해에 대한 VPS26a의 효과가 활성 CTSD의 단백질 분해 능력에 의해 매개됨을 확인했다. 한편, 타우 인산화를 조절할 가능성이 있는 Cdk5, p25, GSK3 및 PP2A는 모두 높은 포도당에 노출된 췌장 β세포에서 활성화된다. 그러나 본 발명은 높은 포도당이 신경 세포에서 Cdk5, p25, GSK3 또는 PP2A 수준의 유의미한 변화를 일으키지 않는다는 것을 보여주었다. 작용 기전의 차이는 세포 유형에 따라 다르고 우선적으로 관련된 조절일 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 VPS26a 매개 레트로머 기능 장애가 높은 포도당 조건에서 부적절한 트래피킹을 통해 병원성 APP 처리 및 타우 인산화를 촉진한다고 제안한다.Since phosphorylated tau is degraded by mature CTSD in lysosomes, lack of CTSD proteolytic capacity leads to abnormal accumulation of phosphorylated tau. Previous studies have shown that CI-MPR directly binds to CTSD and contributes to maturation of CTSD through retromer-mediated transport in HEK293 cells. We confirmed that retromer enrichment by R33 treatment in iPSC-NDs reversed the high glucose-mediated increase in CI-MPR retention in early endosomes via transport to the trans-Golgi. In addition, R33 increased CTSD and lysosomal colocalization, which was downregulated by high glucose conditions. VPS35 knockout induced inappropriate processing of CTSD and reduced its activity through impaired CI-MPR transport from the endosome to the trans Golgi in HeLa cells. Although VPS35 regulates tau phosphorylation through regulation of active CTSD availability in neurons, no study has investigated the effect of VPS26a on CI-MPR trafficking and related CTSD maturation. Our VPS26a overexpression results showed that high glucose-mediated inappropriate CI-MPR and CTSD trafficking and reduced CTSD activity depended on VPS26a. In addition, it was confirmed that the effect of VPS26a on the degradation of phosphorylated tau using Pepstatin A was mediated by the proteolytic ability of active CTSD. Meanwhile, Cdk5, p25, GSK3, and PP2A, which have the potential to regulate tau phosphorylation, are all activated in pancreatic β cells exposed to high glucose. However, the present invention showed that high glucose did not cause significant changes in Cdk5, p25, GSK3 or PP2A levels in neurons. Differences in mechanism of action may be cell type specific and primarily related to regulation. Thus, we propose that VPS26a-mediated retromer dysfunction promotes pathogenic APP processing and tau phosphorylation through inappropriate trafficking under high glucose conditions.
기능 획득 실험은 유전자 변형 알츠하이머병 쥐의 중추 신경계에서 VPS35 유전자 전달이 알츠하이머병 표현형을 감소시키는 것으로 나타났다. AD 마우스에서 9개월 동안 R33 치료는 CRC 발현을 회복시키고 Aβ및 타우 인산화 수준을 감소시키며 학습, 기억 및 시냅스 완전성을 개선했다. 또한 R33이 당뇨병 마우스에서 VPS26a를 증가시키고 Aβ및 타우 인산화 수준을 감소시키는 것으로 나타났다. 본 발명자들은 R33 처리에 의해 STZ 매개된 PSD95 감소, GFAP 증가, 공간 및 객체 작업 기억 인지 손상이 모두 회복되었음을 확인했다. 이는 레트로머 기능의 약리학적 회복이 당뇨병 매개 AD 유사 표현형을 개선함을 시사한다. Vps29 돌연변이가 시냅스 전달을 억제하는 소마의 엔도솜에 대한 레트로머의 잘못된 위치화를 유도하고 SORCS2의 유전적 결핍이 N-메틸-D-아스파테이트 수용체 2A(NR2A) 소단위 조절을 손상시킨다는 점을 감안할 때 시냅스 가소성 트래피킹, 다른 레트로머 구성 요소가 당뇨병 매개 AD 유사 표현형에 기여할 수 있다. Gain-of-function experiments showed that VPS35 gene transfer in the central nervous system of transgenic Alzheimer's disease mice reduced the Alzheimer's disease phenotype. R33 treatment for 9 months in AD mice restored CRC expression, reduced Aβ and tau phosphorylation levels, and improved learning, memory, and synaptic integrity. It was also shown that R33 increased VPS26a and decreased Aβ and tau phosphorylation levels in diabetic mice. The present inventors confirmed that the STZ-mediated decrease in PSD95, increase in GFAP, spatial and object working memory and cognitive impairment were all restored by R33 treatment. This suggests that pharmacological restoration of retromeric function ameliorates the diabetes-mediated AD-like phenotype. Given that the Vps29 mutation leads to mislocalization of the retromer to the endosome of the soma, which inhibits synaptic transmission, and that genetic deficiency in SORCS2 impairs N-methyl-D-aspartate receptor 2A (NR2A) subunit regulation. When synaptic plasticity trafficking, other retromeric components may contribute to diabetes-mediated AD-like phenotype.
따라서, 본 발명은 레트로머 안정제(Retromer stabilizer)를 포함하는 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 예방, 개선 또는 치료용 약학적 조성물을 제공할 수 있다. Accordingly, the present invention can provide a pharmaceutical composition for preventing, improving or treating diabetes-mediated neurodegenerative diseases, including a retromer stabilizer.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 레트로머는 VPS35(Vacuolar protein sorting ortholog 35), VPS26a(Vacuolar protein sorting-associated protein 26a), VPS26b(Vacuolar protein sorting 26 homolog B), VPS29(Vacuolar protein sorting 29), SORCS1 (Sortilin Related VPS10 Domain Containing Receptor 1), SORL1(Sortilin Related Receptor 1) 및 WASHC1(WASH Complex Subunit 1) 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 바람직하게는, 상기 레트로머는 VPS26a(Vacuolar protein sorting-associated protein 26a) 인 것일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the retromer is VPS35 (Vacuolar protein sorting ortholog 35), VPS26a (Vacuolar protein sorting-associated protein 26a), VPS26b (Vacuolar protein sorting 26 homolog B), VPS29 (Vacuolar protein sorting 29) , SORCS1 (Sortilin Related VPS10 Domain Containing Receptor 1), SORL1 (Sortilin Related Receptor 1), and WASHC1 (WASH Complex Subunit 1). Preferably, the retromer may be VPS26a (Vacuolar protein sorting-associated protein 26a).
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 레트로머 안정제는 R33 및 R55 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 바람직하게는, 상기 레트로머 안정제는 R33 일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the retromer stabilizer may be at least one selected from the group consisting of R33 and R55. Preferably, the retromer stabilizer may be R33.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환은 당뇨병 매개 알츠하이머병, 파킨슨병, 헌팅턴병, 루게릭병, 크로이츠펠트 야콥병, 뇌졸중 및 다발성 경화증으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있다. 또한, 상기 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환은 초기 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the diabetes-mediated neurodegenerative disease may be one or more selected from the group consisting of diabetes-mediated Alzheimer's disease, Parkinson's disease, Huntington's disease, Lou Gehrig's disease, Creutzfeldt-Jakob disease, stroke, and multiple sclerosis. . In addition, the diabetes-mediated neurodegenerative disease may be an early diabetes-mediated neurodegenerative disease.
본 발명의 약학적 조성물은 경구 또는 비경구의 여러 가지 제형일 수 있다. 상기 조성물을 제형화할 경우에는 하나 이상의 완충제(예를 들어, 식염수 또는 PBS), 항산화제, 정균제, 킬레이트화제(예를 들어, EDTA 또는 글루타치온), 충진제, 증량제, 결합제, 아쥬반트(예를 들어, 알루미늄 하이드록사이드), 현탁제, 농후제 습윤제, 붕해제 또는 계면활성제, 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제될 수 있다. The pharmaceutical composition of the present invention may be in various oral or parenteral dosage forms. When formulating the composition, one or more buffers (eg, saline or PBS), antioxidants, bacteriostats, chelating agents (eg, EDTA or glutathione), fillers, bulking agents, binders, adjuvants (eg, aluminum hydroxide), suspending agents, thickening agents, wetting agents, disintegrating agents or surfactants, diluents or excipients.
경구투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 하나 이상의 화합물에 적어도 하나 이상의 부형제 예를 들면, 전분(옥수수 전분, 밀 전분, 쌀 전분, 감자 전분 등 포함), 칼슘카보네이트(calcium carbonate), 수크로스(sucrose), 락토오스(lactose), 덱스트로오스, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨 말티톨, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 나트륨 카르복시메틸셀룰로오즈 및 하이드록시프로필메틸-셀룰로즈 또는 젤라틴 등을 섞어 조제된다. 예컨대, 활성성분을 고체 부형제와 배합한 다음 이를 분쇄하고 적합한 보조제를 첨가한 후 과립 혼합물로 가공함으로써 정제 또는 당의정제를 수득할 수 있다. Solid preparations for oral administration include tablets, pills, powders, granules, capsules, etc. These solid preparations include at least one excipient in one or more compounds, such as starch (corn starch, wheat starch, rice starch, potato) including starch, etc.), calcium carbonate, sucrose, lactose, dextrose, sorbitol, mannitol, xylitol, erythritol maltitol, cellulose, methyl cellulose, sodium carboxymethylcellulose and hydroxypropylmethyl -It is prepared by mixing cellulose or gelatin. Tablets or dragees may be obtained, for example, by combining the active ingredient with a solid excipient which is then milled and processed into a mixture of granules after adding suitable auxiliaries.
또한, 단순한 부형제 이외에 스테아린산 마그네슘, 탈크 등과 같은 윤활제들도 사용된다. 경구투여를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제 또는 시럽제 등이 해당되는데, 흔히 사용되는 단순 희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제 또는 보존제 등이 포함될 수 있다. 또한, 경우에 따라 가교결합 폴리비닐피롤리돈, 한천, 알긴산 또는 나트륨 알기네이트 등을 붕해제로 첨가할 수 있으며, 항응집제, 향료, 유화제, 가용화제, 분산제, 향미제, 항산화제, 포장제, 안료 및 방부제 등을 추가로 포함할 수 있다.In addition to simple excipients, lubricants such as magnesium stearate and talc are also used. Liquid preparations for oral administration include suspensions, solutions for oral administration, emulsions, or syrups. In addition to water and liquid paraffin, which are commonly used simple diluents, various excipients such as wetting agents, sweeteners, aromatics, or preservatives may be included. can In addition, cross-linked polyvinylpyrrolidone, agar, alginic acid, or sodium alginate may be added as a disintegrant, and anti-coagulant, flavoring agent, emulsifier, solubilizer, dispersant, flavoring agent, antioxidant, and packaging agent. , pigments and preservatives, and the like may be further included.
비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁용제, 유제, 동결건조제제 또는 좌제 등이 포함된다. 비수성용제 및 현탁용제로는 프로필렌글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈(tween) 61, 카카오지, 라우린지, 글리세롤, 젤라틴 등이 사용될 수 있다.Formulations for parenteral administration include sterilized aqueous solutions, non-aqueous solutions, suspension solutions, emulsions, freeze-dried formulations, suppositories, and the like. Propylene glycol, polyethylene glycol, vegetable oils such as olive oil, and injectable esters such as ethyl oleate may be used as non-aqueous solvents and suspending agents. As a base for suppositories, witepsol, macrogol, tween 61, cacao butter, laurin paper, glycerol, gelatin, and the like may be used.
본 발명의 조성물은 경구 또는 비경구로 투여될 수 있으며, 비경구 투여시 복강내, 직장, 정맥, 근육, 피하 또는 뇌혈관내 주사하는 주사제의 형태로 당업계에 공지된 방법에 따라 제형화할 수 있다.The composition of the present invention may be administered orally or parenterally, and may be formulated according to a method known in the art in the form of an injection for parenteral administration, intraperitoneal, rectal, intravenous, intramuscular, subcutaneous or intracerebrovascular injection. .
상기 주사제의 경우에는 반드시 멸균되어야 하며 박테리아 및 진균과 같은 미생물의 오염으로부터 보호되어야 한다. 주사제의 경우 적합한 담체의 예로는 이에 한정되지는 않으나, 물, 에탄올, 폴리올(예를 들어, 글리세롤, 프로필렌 글리콜 및 액체 폴리에틸렌 글리콜 등), 이들의 혼합물 및/또는 식물유를 포함하는 용매 또는 분산매질일 수 있다. 보다 바람직하게는, 적합한 담체로는 행크스 용액, 링거 용액, 트리에탄올 아민이 함유된 PBS (phosphate buffered saline) 또는 주사용 멸균수, 10% 에탄올, 40% 프로필렌 글리콜 및 5% 덱스트로즈와 같은 등장 용액 등을 사용할 수 있다. 상기 주사제를 미생물 오염으로부터 보호하기 위해서는 파라벤, 클로로부탄올, 페놀, 소르빈산, 티메로살 등과 같은 다양한 항균제 및 항진균제를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 주사제는 대부분의 경우 당 또는 나트륨 클로라이드와 같은 등장화제를 추가로 포함할 수 있다.In the case of the injection, it must be sterilized and must be protected from contamination by microorganisms such as bacteria and fungi. Examples of suitable carriers for injections include, but are not limited to, water, ethanol, polyols (eg, glycerol, propylene glycol, liquid polyethylene glycol, etc.), mixtures thereof, and/or solvents or dispersion media containing vegetable oils. can More preferably, suitable carriers include Hanks' solution, Ringer's solution, phosphate buffered saline (PBS) with triethanolamine or isotonic solutions such as sterile water for injection, 10% ethanol, 40% propylene glycol and 5% dextrose. etc. can be used. In order to protect the injection from microbial contamination, various antibacterial and antifungal agents such as paraben, chlorobutanol, phenol, sorbic acid, and thimerosal may be further included. Also, in most cases, the injection may further include an isotonic agent such as sugar or sodium chloride.
본 발명의 조성물은 약제학적으로 유효한 양으로 투여한다. 약제학적으로 유효한 양은 의학적 치료에 적용 가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 치료하기에 충분한 양을 의미하며, 유효용량 수준은 환자의 질환의 종류, 중증도, 약물의 활성, 약물에 대한 민감도, 투여 시간, 투여 경로 및 배출 비율, 치료기간, 동시 사용되는 약물을 포함한 요소 및 기타 의학 분야에 잘 알려진 요소에 따라 결정될 수 있다. 본 발명의 조성물은 개별 치료제로 투여하거나 다른 치료제와 병용하여 투여될 수 있고 종래의 치료제와는 순차적 또는 동시에 투여될 수 있으며, 단일 또는 다중 투여될 수 있다. 즉, 본 발명의 조성물의 총 유효량은 단일 투여량(single dose)으로 환자에게 투여될 수 있으며, 다중 투여량(multiple dose)으로 장기간 투여되는 분할 치료 방법(fractionated treatment protocol)에 의해 투여될 수 있다. 상기한 요소들을 모두 고려하여 부작용없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 투여하는 것이 중요하며, 이는 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.The composition of the present invention is administered in a pharmaceutically effective amount. A pharmaceutically effective amount means an amount sufficient to treat a disease with a reasonable benefit/risk ratio applicable to medical treatment, and the effective dose level depends on the type of patient's disease, severity, activity of the drug, sensitivity to the drug, and administration time. , the route of administration and excretion rate, the duration of treatment, factors including concomitantly used drugs, and other factors well known in the medical field. The composition of the present invention may be administered as an individual therapeutic agent or in combination with other therapeutic agents, may be administered sequentially or simultaneously with conventional therapeutic agents, and may be administered single or multiple times. That is, the total effective amount of the composition of the present invention can be administered to the patient in a single dose, or it can be administered by a fractionated treatment protocol in which multiple doses are administered over a long period of time. . Considering all of the above factors, it is important to administer an amount that can obtain the maximum effect with the minimum amount without side effects, which can be easily determined by those skilled in the art.
본 발명의 약학적 조성물의 투여량은 환자의 체중, 연령, 성별, 건강상태, 식이, 투여시간, 투여방법, 배설율 및 질환의 중증도에 따라 그 범위가 다양할 수 있다. The dosage of the pharmaceutical composition of the present invention may vary depending on the patient's body weight, age, sex, health condition, diet, administration time, administration method, excretion rate, and severity of the disease.
본 발명의 조성물은 단독으로, 또는 수술, 방사선 치료, 호르몬 치료, 화학 치료 및 생물학적 반응 조절제를 사용하는 방법들과 병용하여 사용할 수 있다.The composition of the present invention can be used alone or in combination with methods using surgery, radiation therapy, hormone therapy, chemotherapy, and biological response modifiers.
본 발명은 또한, 개체로부터 수득한 시료에서 VPS26a(Vacuolar protein sorting-associated protein 26a)의 발현 수준을 확인하는 단계를 포함하는 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 진단을 위한 정보제공 방법을 제공할 수 있다.The present invention may also provide an information providing method for diagnosing diabetes-mediated neurodegenerative diseases, which includes checking the expression level of VPS26a (Vacuolar protein sorting-associated protein 26a) in a sample obtained from the subject.
상기 개체로부터 수득한 시료는 혈청, 혈장, 소변, 타액, 세포 또는 조직일 수 있다. A sample obtained from the subject may be serum, plasma, urine, saliva, cells or tissue.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 정보제공 방법은, 확인한 VPS26a 의 발현 수준이 정상 시료에 비하여 낮으면 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환으로 분류하는 단계를 추가적으로 포함하는 것일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the information providing method may further include a step of classifying as a diabetes-mediated neurodegenerative disease if the confirmed expression level of VPS26a is lower than that of a normal sample.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 정보제공 방법은, VPS26a 이외에 APP(amyloid precursor protein) 및 인산화된 타우(tau) 의 수준을 함께 확인하는 것일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the method of providing information may be to check the levels of amyloid precursor protein (APP) and phosphorylated tau in addition to VPS26a.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 APP 및 인산화된 타우의 수준이 정상시료에 비하여 높으면 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환으로 분류하는 단계를 추가적으로 포함하는 것일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, if the level of the APP and phosphorylated tau is higher than that of the normal sample, a step of classifying as a diabetes-mediated neurodegenerative disease may be additionally included.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환은 당뇨병 매개 알츠하이머병, 파킨슨병, 헌팅턴병, 루게릭병, 크로이츠펠트 야콥병, 뇌졸중 및 다발성 경화증으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있으며, 바람직하게는 당뇨병 매개 알츠하이머병 일 수 있다. 또한, 상기 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환은 초기 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the diabetes-mediated neurodegenerative disease may be one or more selected from the group consisting of diabetes-mediated Alzheimer's disease, Parkinson's disease, Huntington's disease, Lou Gehrig's disease, Creutzfeldt-Jakob disease, stroke, and multiple sclerosis, , preferably diabetes-mediated Alzheimer's disease. In addition, the diabetes-mediated neurodegenerative disease may be an early diabetes-mediated neurodegenerative disease.
본 발명은 또한, i) 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환 환자로부터 수득한 시료에 후보 약물을 처리하는 단계; 및The present invention also includes i) treating a candidate drug to a sample obtained from a patient with diabetes-mediated neurodegenerative disease; and
ii) 상기 약물을 처리한 시료의 VPS26a(Vacuolar protein sorting-associated protein 26a)의 발현 정도를 확인하는 단계; ii) checking the expression level of VPS26a (Vacuolar protein sorting-associated protein 26a) in the sample treated with the drug;
를 포함하는 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 예방, 개선 또는 치료용 약물 스크리닝 방법을 제공할 수 있다.It is possible to provide a drug screening method for the prevention, improvement or treatment of diabetes-mediated neurodegenerative diseases comprising a.
상기 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환 환자로부터 수득한 시료는 혈청, 혈장, 소변, 타액, 세포 또는 조직일 수 있다. Samples obtained from patients with diabetes-mediated neurodegenerative diseases may be serum, plasma, urine, saliva, cells, or tissues.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 스크리닝 방법은, iv) 확인한 VPS26a 의 발현 수준이 약물처리 전 보다 증가되면 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 예방, 개선 또는 치료용 약물로 분류하는 단계; 를 추가적으로 포함하는 것일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the screening method includes: iv) classifying as a drug for preventing, improving or treating diabetes-mediated neurodegenerative diseases if the expression level of VPS26a identified is higher than before drug treatment; may be additionally included.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 단계 ii) 에서 VPS26a 이외에 APP(amyloid precursor protein) 및 인산화된 타우(tau) 의 수준을 함께 확인하는 것일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, in step ii), levels of amyloid precursor protein (APP) and phosphorylated tau in addition to VPS26a may be checked together.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 APP 및 인산화된 타우의 수준이 약물처리 전 보다 감소되면 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 예방, 개선 또는 치료용 약물로 분류할 수 있는 것일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, if the level of the APP and phosphorylated tau is reduced than before drug treatment, it may be classified as a drug for preventing, improving or treating diabetes-mediated neurodegenerative diseases.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환은 당뇨병 매개 알츠하이머병, 파킨슨병, 헌팅턴병, 루게릭병, 크로이츠펠트 야콥병, 뇌졸중 및 다발성 경화증으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있으며, 바람직하게는 당뇨병 매개 알츠하이머병 일 수 있다. 또한, 상기 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환은 초기 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the diabetes-mediated neurodegenerative disease may be one or more selected from the group consisting of diabetes-mediated Alzheimer's disease, Parkinson's disease, Huntington's disease, Lou Gehrig's disease, Creutzfeldt-Jakob disease, stroke, and multiple sclerosis, , preferably diabetes-mediated Alzheimer's disease. In addition, the diabetes-mediated neurodegenerative disease may be an early diabetes-mediated neurodegenerative disease.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석하지 않는 것은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for exemplifying the present invention, and it is obvious to those skilled in the art that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.
마우스 모델 준비 Mouse model preparation
<1-1> 마우스 준비<1-1> Mouse preparation
수컷 ICR 마우스(9주령)를 OrientBio(Seongnam, Korea)에서 구입하여 12시간 명/12시간 암 주기로 적절한 온도(20-25℃) 및 습도(60% 미만)를 충족하는 표준 상태에 보관했다. 그들은 고압 증기 멸균 식품과 수돗물에 자유롭게 접근할 수 있었다. 동물 취급, 관리 및 실험은 서울대학교 동물병원 동물관리위원회의 규정 및 윤리적 승인(승인번호: SNU-201013-7-1)에 따라 수행되었다. 성별은 동물 실험을 설계할 때 고려해야 할 중요한 요소이지만, 실험의 목적이 레트로머에 대한 당뇨병의 영향 및 관련 APP 가공 및 타우 인산화 기전의 조절 장애를 설명하는 것이기 때문에 수컷 마우스를 사용하는 것이 합리적이었다. 총 40마리의 수컷 마우스가 이 실험에 사용되었다. 마우스를 동일한 크기의 그룹으로 무작위로 나누었다. 집단 규모 추정은 서울대학교 동물병원 동물관리위원회에서 제정한 지침(기대효과크기: 15%, 표준편차: 6%, 집단수: 4, 검정력(1-beta): 0.8, 알파: 0.05). 사용된 동물의 수는 고혈당 표현형을 나타내는 충분한 수의 마우스를 얻지 못할 가능성을 설명하기 위해 증가되었다. Male ICR mice (9 weeks old) were purchased from OrientBio (Seongnam, Korea) and kept under standard conditions with appropriate temperature (20-25 °C) and humidity (less than 60%) with a 12-hour light/12-hour dark cycle. They had free access to autoclaved food and tap water. Animal handling, care and experiments were performed in accordance with the regulations and ethical approval of the Animal Care Committee of Seoul National University Animal Hospital (approval number: SNU-201013-7-1). Although sex is an important factor to consider when designing animal studies, it was reasonable to use male mice because the purpose of the study was to elucidate the effect of diabetes on retromers and the dysregulation of the associated APP processing and tau phosphorylation mechanisms. A total of 40 male mice were used in this experiment. Mice were randomly divided into equal-sized groups. Group size estimation was based on the guidelines established by the Seoul National University Animal Hospital Animal Care Committee (expected effect size: 15%, standard deviation: 6%, number of groups: 4, power (1-beta): 0.8, alpha: 0.05). The number of animals used was increased to account for the possibility of not obtaining a sufficient number of mice exhibiting the hyperglycemic phenotype.
<1-2> 당뇨병 마우스 모델 제조<1-2> Preparation of diabetic mouse model
레트로머 기능 장애에 대한 높은 포도당의 영향을 조사하기 위해 스트렙토조토신(STZ, streptozotocin, Sigma Chemical Company; St. Louis, MO, USA)을 주사하여 마우스에서 당뇨병(DM, diabetes mellitus)을 유도했다. 마우스에 연속 3일 동안 하루에 한 번 시트르산나트륨 완충액(0.1M, pH 4.5, 비히클) 200㎕ 또는 비히클 200㎕에서 STZ(75mg/kg)의 복강내 주사(IP)를 무작위로 투여하였다. 혈당 측정은 휴대용 혈당측정기(Roche, Mannheim, Germany)를 이용하여 측정하였으며, 체중은 STZ 주입 전후를 측정하였다. 혈당 수치가 300mg/dl 이상인 마우스는 중증 당뇨병으로 간주되었다. 충분한 당뇨병 마우스를 얻은 후, 동물을 무작위로 4개의 그룹(각 그룹당 n=6)으로 나누었다: 비히클, STZ, R33, 및 R33+STZ 처리된 마우스. 100μl의 R33(12.5mg/kg, 증류수에 용해) 및 비히클을 복강 내 투여(IP) 하였다. R33은 DM 유도 후 8주 동안 1일 1회 주사하였다. 체중과 혈당 수치는 9주령과 18주령에 측정되었다(도 2 A). 행동 테스트 후, 마우스는 10 mg/kg 자일라진(xylazine)과 함께 알팍살론(alfaxalone, 40 mg/kg)의 복강내 주사로 마취되었고 추가 생화학적 분석을 위해 안락사되었다.To investigate the effect of high glucose on retromer dysfunction, diabetes mellitus (DM) was induced in mice by injection of streptozotocin (STZ, Sigma Chemical Company; St. Louis, MO, USA). Mice were randomly administered an intraperitoneal injection (IP) of STZ (75 mg/kg) in 200 μl sodium citrate buffer (0.1 M, pH 4.5, vehicle) or 200 μl vehicle once daily for 3 consecutive days. Blood glucose was measured using a portable blood glucose meter (Roche, Mannheim, Germany), and body weight was measured before and after STZ injection. Mice with blood glucose levels above 300 mg/dl were considered severely diabetic. After obtaining enough diabetic mice, animals were randomly divided into 4 groups (n=6 for each group): vehicle, STZ, R33, and R33+STZ treated mice. 100 μl of R33 (12.5 mg/kg, dissolved in distilled water) and vehicle were administered intraperitoneally (IP). R33 was injected once daily for 8 weeks after DM induction. Body weight and blood glucose levels were measured at 9 and 18 weeks of age (Fig. 2A). After behavioral testing, mice were anesthetized with an intraperitoneal injection of alfaxalone (40 mg/kg) together with 10 mg/kg xylazine and euthanized for further biochemical analysis.
포도당에 의한 VPS26a의 하향 조절Downregulation of VPS26a by glucose
<2-1> 레트로머 조립에 대한 포도당의 영향<2-1> Effect of glucose on retromer assembly
레트로머 조립(Retromer assembly)에 대한 당뇨병의 영향을 설명하기 위해 먼저 비히클 또는 STZ 처리된 마우스의 해마에서 VPS35, VPS26a, VPS26b, VPS29, SORCS1, SORL1 및 WASHC1(WASH Complex Subunit 1)의 수준을 웨스턴 블롯으로 측정했다. To demonstrate the effect of diabetes on retromer assembly, we first measured the levels of VPS35, VPS26a, VPS26b, VPS29, SORCS1, SORL1, and WASH Complex Subunit 1 (WASHC1) in the hippocampus of vehicle- or STZ-treated mice by Western blot. measured with
신경 줄기 세포(NSC) 유도를 위해, iPSC(Kangstem Biotech; Seoul, Korea)를 신경 유도 배지(A1647801, Thermo Fisher)를 사용하여 재조합 인간 비트로넥틴(A14700, Thermo Fisher) 코팅된 플레이트에서 배양하였다. NSC 유도 후, 세포를 폴리-L-오르니틴(Sigma, P3655)- 및 라미닌-(23017, Thermo Fisher) 코팅 접시에서 재배양하였다. NSC를 신경 분화 배지(2% B27 무혈청 보충제(17504, Thermo Fisher) 및 2mM GlutaMax-1 보충제(35050, Thermo Fisher)가 포함된 Neurobasal 배지(21103, Thermo Fisher))에서 신경 분화를 위해 10일 이상 배양하였다. 신경 분화 촉진을 위해 0.5mM dibutyryl-cAMP(D0627, Sigma)를 분화 시작 후 7일에서 10일 사이에 매일 신경 분화 배지에 첨가하였다. 신경 마커 NeuN 및 MAP2를 사용한 iPSC-ND의 특성화 결과는 도 3에 나타냈다.For neural stem cell (NSC) induction, iPSCs (Kangstem Biotech; Seoul, Korea) were cultured on recombinant human vitronectin (A14700, Thermo Fisher) coated plates using neural induction medium (A1647801, Thermo Fisher). After NSC induction, cells were re-cultured on poly-L-ornithine (Sigma, P3655)- and laminin- (23017, Thermo Fisher) coated dishes. NSCs were cultured for at least 10 days for neural differentiation in Neurobasal Medium (21103, Thermo Fisher) with 2% B27 serum-free supplement (17504, Thermo Fisher) and 2 mM GlutaMax-1 supplement (35050, Thermo Fisher). cultured. To promote neural differentiation, 0.5 mM dibutyryl-cAMP (D0627, Sigma) was added to the neural differentiation medium every day between 7 and 10 days after the start of differentiation. The results of characterization of iPSC-NDs using the neural markers NeuN and MAP2 are shown in FIG. 3 .
SH-SY5Ys(한국 세포주 은행; Seoul, Korea)는 37℃, 5% CO2에서 저포도당 Dulbecco의 필수 배지(DMEM; Hyclone, #SH30021FS), 10% FBS(Hyclone; Logan, UT, USA) 및 1% 항생제-항진균(Gibco; Grand Island, NY, USA) 용액에서 배양되었다. 세포가 70% 밀집(confluency)로 성장한 후, 배지는 약물 처리 전에 24시간 동안 1% 항생제-항진균 혼합물이 포함된 DMEM으로 교체되었다. 고 포도당 상태에 대해 세포를 25mM D-포도당(Sigma Chemical Company; St. Louis, MO, USA) 또는 L-포도당(Sigma Chemical Company; St. Louis, MO, USA) 으로 처리하였다.SH-SY5Ys (Korean Cell Line Bank; Seoul, Korea) were cultured in low glucose Dulbecco's essential medium (DMEM; Hyclone, #SH30021FS), 10% FBS (Hyclone; Logan, UT, USA) and 1 % antibiotic-antifungal (Gibco; Grand Island, NY, USA) solution. After cells had grown to 70% confluency, the medium was replaced with DMEM containing 1% antibiotic-antifungal mixture for 24 hours prior to drug treatment. For high glucose conditions, cells were treated with 25 mM D-glucose (Sigma Chemical Company; St. Louis, MO, USA) or L-glucose (Sigma Chemical Company; St. Louis, MO, USA).
면역조직화학(IHC, Immunohistochemistry)을 위하여 마우스를 알팍살론(alfaxalone)과 자일라진(xylazine)의 4:1 혼합물로 완전히 마취시키고 PBS로 경심 관류한 후 4% 파라포름알데히드(PFA)로 고정했다. 뇌를 조심스럽게 제거하고 2시간 동안 4% PFA로 후고정시켰다. 그런 다음, 반구를 PBS에 용해된 30% 자당에서 1-2일 동안 탈수시켰다. 저온 유지 장치(Leica Biosystems, Nussloch, Germany)를 사용하여 연속적으로 절단하여 해마의 관상 부분(두께 40μm)을 얻었다. 해마를 염색하기 위해 자유 부동 방법을 수행했다. 섹션을 실온(RT)에서 1시간 동안 5% NGS로 차단하고 4℃에서 2일 동안 1차 항체(1:1,000 희석)와 함께 인큐베이션했다. 샘플을 PBS로 3회 세척하고 실온에서 2시간 동안 2차 항체(1:300 희석)와 함께 인큐베이션했다. 섹션은 Eclipse Ts2™형광 현미경(Nikon, Tokyo, Japan)에 의해 시각화되었다. 이미지 분석은 피지 소프트웨어를 사용하여 수행되었다. 신호 강도의 측정은 동일한 임계값을 적용하여 수행되었다.For immunohistochemistry (IHC), mice were completely anesthetized with a 4:1 mixture of alfaxalone and xylazine, transcardially perfused with PBS, and fixed with 4% paraformaldehyde (PFA). Brains were carefully removed and post-fixed in 4% PFA for 2 hours. Hemispheres were then dehydrated in 30% sucrose in PBS for 1–2 days. Coronal sections (
면역형광 분석을 위하여 SH-SY5Ys는 10분 동안 4% PFA로 고정되었다. 세포 투과성을 위해 세포를 0.2% PBST 또는 0.1% Triton X-100(Sigma, T8787)과 함께 10분 동안 인큐베이션했다. 세포를 1시간 동안 5% NGS로 차단하고 4℃에서 밤새 1차 항체(1:300 희석)와 함께 인큐베이션했다. 그런 다음, 세포를 PBS로 3회 세척하고 Alexa Fluor 488- 또는 555- 또는 647-접합 이차 항체(1:200 희석)와 함께 실온에서 2시간 동안 인큐베이션했다. 면역 염색된 세포는 초해상도 방사형 변동(SRRF) 이미징 시스템(Andor Technology, Belfast, UK) 및 공초점 현미경 시스템(LSM 710, Carl Zeiss, Oberkochen, Germany)으로 시각화 되었다. Fiji 소프트웨어를 사용하여 Rab5+ 엔도솜 영역의 형광 강도 정량화 및 측정을 수행했다. Fiji의 JACop 플러그인을 사용하여 manders 계수를 측정하여 공동 국소화(co-localization) 분석을 수행했다.For immunofluorescence analysis, SH-SY5Ys were fixed with 4% PFA for 10 min. For cell permeability, cells were incubated with 0.2% PBST or 0.1% Triton X-100 (Sigma, T8787) for 10 minutes. Cells were blocked with 5% NGS for 1 hour and incubated with primary antibody (1:300 dilution) overnight at 4°C. Cells were then washed three times with PBS and incubated with Alexa Fluor 488- or 555- or 647-conjugated secondary antibodies (1:200 dilution) for 2 hours at room temperature. Immunostained cells were visualized with a super-resolution radial fluctuation (SRRF) imaging system (Andor Technology, Belfast, UK) and a confocal microscopy system (LSM 710, Carl Zeiss, Oberkochen, Germany). Fluorescence intensity quantification and measurement of Rab5+ endosome regions were performed using Fiji software. Co-localization analysis was performed by measuring manders coefficients using Fiji's JACop plugin.
정량적 실시간 중합효소 연쇄 반응(qPCR)을 위해서 세포 RNA는 제조사의 지침에 따라 RNA 추출 키트(TaKaRa, 9767)를 사용하여 얻었다. 이후 역전사-PCR 프리믹스(iNtRON Biotechnology, 25081)를 이용하여 상보적 DNA(complementary DNA, cDNA)를 제작하였다. 역전사를 45℃에서 1시간 동안 수행한 다음 95℃에서 5분 동안 수행했다. 두 가지 기술적 복제가 있는 cDNA는 Rotor-Gene 6000 실시간 열 순환 시스템(Corbett Research, NSW, Australia)에 의해 mRNA 프라이머(바이오니아; Daejeon, Korea)와 TB™Green Premix Ex Taq™의 혼합물로 증폭되었다. qPCR은 다음과 같이 수행되었다: DNA 중합효소 활성화를 위해 95℃에서 10분 및 95℃에서 10초, 55℃에서 15초, 72℃에서 20초의 60 주기. 이중 Δ분석은 mRNA 발현의 정량화를 위해 수행되었고 데이터 3은 ACTB 유전자로 정규화되었다.For quantitative real-time polymerase chain reaction (qPCR), cellular RNA was obtained using an RNA extraction kit (TaKaRa, 9767) according to the manufacturer's instructions. Then, complementary DNA (cDNA) was prepared using reverse transcription-PCR premix (iNtRON Biotechnology, 25081). Reverse transcription was performed at 45°C for 1 hour followed by 95°C for 5 minutes. cDNA with two technical replicates was amplified with a mixture of mRNA primers (Bioneer; Daejeon, Korea) and TB™Green Premix Ex Taq™ by a Rotor-
웨스턴 블롯 분석 및 세포내 분획을 위해 수확된 세포 또는 조직을 용해 완충액 및 프로테아제 및 포스파타제 억제제 칵테일(100X)(Thermo Fisher, 78440)로 해리시켰다. 그런 다음, 샘플을 vortexer 및 sonicator로 균질화했다. 단백질 정량을 위해 2개의 기술적 복제를 사용한 비키코닌산(BCA) 정량 분석(Thermo Fisher, 23227)을 수행했다. 로딩 버퍼가 있는 동일한 샘플(5-10μg)을 8-12% SDS-폴리아크릴아미드 겔(SDS-PAGE)에 로딩하고 폴리비닐린덴 플루오라이드(PVDF) 멤브레인으로 옮겼다. 멤브레인 세척 및 배양을 위해 0.2% Tween-20을 함유한 Tris-buffered saline[TBST; 150mM NaCl, 10mM Tris-HCl(pH 7.6)]을 사용하였다. 막 차단은 5% 탈지유(Gibco, 232100)로 1시간 동안 수행하고 막을 1차 항체와 함께 4℃에서 밤새 인큐베이션했다. 그런 다음, 막을 3회 세척하고 HRP(horseradish peroxidase)가 결합된 이차 항체와 함께 실온에서 2시간 동안 인큐베이션했다. 블롯팅 밴드는 화학발광 검출 키트(Advansta Inc., K-12045-D50)로 검출하였다. 단백질 밴드 정량화는 Image J 소프트웨어로 수행되었다. 단백질 발현 수준의 정상화는 β액틴 발현 수준과 비교하여 수행되었다. EzSubcell™subcellular fractionation kit(Atto, WSE-7421)를 사용하여 cytosolic과 핵분획된 시료를 분리하였다. 제조업체의 지침에 따라 세포질 및 핵 샘플을 얻었다. α-Tubulin 및 lamin A/C는 각각 세포질 및 핵 단백질 발현 수준의 정상화에 적용되었다.Cells or tissues harvested for Western blot analysis and intracellular fractionation were dissociated with lysis buffer and protease and phosphatase inhibitor cocktail (100X) (Thermo Fisher, 78440). Then, the samples were homogenized with a vortexer and sonicator. Bichoninic acid (BCA) quantification assay (Thermo Fisher, 23227) using two technical replicates was performed for protein quantification. Identical samples (5-10 μg) with loading buffer were loaded onto an 8-12% SDS-polyacrylamide gel (SDS-PAGE) and transferred to a polyvinylindene fluoride (PVDF) membrane. Tris-buffered saline [TBST; 150 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl (pH 7.6)] was used. Membrane blocking was performed with 5% skim milk (Gibco, 232100) for 1 hour and membranes were incubated with primary antibodies overnight at 4°C. Then, the membrane was washed three times and incubated for 2 hours at room temperature with a horseradish peroxidase (HRP)-conjugated secondary antibody. Blotting bands were detected with a chemiluminescent detection kit (Advansta Inc., K-12045-D50). Protein band quantification was performed with Image J software. Normalization of protein expression levels was performed relative to β-actin expression levels. The cytosolic and nuclear fractionated samples were separated using the EzSubcell™ subcellular fractionation kit (Atto, WSE-7421). Cytoplasmic and nuclear samples were obtained according to the manufacturer's instructions. α-Tubulin and lamin A/C were applied to normalize cytoplasmic and nuclear protein expression levels, respectively.
발현 수준 분석 결과, VPS26a는 고혈당으로 처리된 당뇨병 마우스, iPSC-ND 및 SH-SY5Y의 해마에서 하향조절된 것을 나타낸다. 즉, 레트로머 성분 중 VPS26a의 단백질 수준만이 비히클 처리 마우스에 비해 STZ 유도 당뇨병 마우스에서 감소하였다(도 4a). STZ 유도 당뇨병 마우스는 또한 비히클 처리된 마우스보다 해마 VPS26a의 염색 강도가 더 낮았다(도 4b). in vitro 실험에서 고 포도당에 노출된 iPSC-ND는 VPS26a가 하향 조절된 것으로 나타났다(도 4c, 도 5a). SH-SY5Y에서 높은 포도당은 또한 12시간 후에 VPS26a의 mRNA와 단백질 발현 수준을 감소시켰다(도 4d). L-포도당 처리가 아닌 D-포도당 처리만이 세포에서 VPS26a 발현을 감소시켰으며, 이는 삼투 효과가 단백질 하향 조절에 관여하지 않았음을 의미하였다(도 5b). As a result of expression level analysis, VPS26a was downregulated in the hippocampus of diabetic mice, iPSC-ND and SH-SY5Y treated with hyperglycemia. That is, only the protein level of VPS26a among retromeric components was decreased in STZ-induced diabetic mice compared to vehicle-treated mice (FIG. 4a). STZ-induced diabetic mice also had lower staining intensity of hippocampal VPS26a than vehicle-treated mice (FIG. 4B). In vitro experiments, iPSC-NDs exposed to high glucose showed down-regulation of VPS26a (Fig. 4c, Fig. 5a). In SH-SY5Y, high glucose also decreased the mRNA and protein expression levels of VPS26a after 12 h (Fig. 4d). Only D-glucose treatment, but not L-glucose treatment, reduced VPS26a expression in cells, indicating that osmotic effects were not involved in protein downregulation (FIG. 5B).
<2-2> 레트로머 기능에 대한 포도당의 영향<2-2> Effect of glucose on retromer function
엔도솜에 대한 레트로머 복합체의 모집은 CRC(cargo recognition core) 매개 화물 수송에 필수적이므로, 본 발명자들은 레트로머 기능에 대한 고 포도당의 영향을 조사하기 위해 초기 엔도솜에 직접 VPS35 결합 화물의 모집을 측정했다. Since recruitment of retromeric complexes to endosomes is essential for cargo recognition core (CRC)-mediated cargo transport, we investigated the recruitment of VPS35-bound cargo directly to early endosomes to investigate the effect of high glucose on retromeric function. Measured.
그 결과, 정상 포도당 처리된 세포와 비교하여 고 포도당 처리는 iPSC-ND(도 4e)와 SH-SY5Y(도 5c) 모두에서 초기 엔도솜 마커인 Rab5와 VPS35 사이의 공동 국소화 정도를 감소시켰다. 이러한 결과는 높은 포도당이 레트로머 기능 장애를 유발하는 VPS26a의 발현을 하향 조절함을 시사한다.As a result, compared to normal glucose-treated cells, high glucose treatment reduced the degree of colocalization between Rab5 and VPS35, early endosome markers, in both iPSC-ND (Fig. 4e) and SH-SY5Y (Fig. 5c). These results suggest that high glucose downregulates the expression of VPS26a causing retromeric dysfunction.
포도당에 의한 VPS26a 하향 조절 메커니즘Mechanism of VPS26a downregulation by glucose
당뇨병 매개 유전적 억제가 주로 후성적 하향 조절에 의해 발생한다는 점을 감안할 때, 높은 포도당이 VPS26a를 하향 조절하는 방법을 조사하기 위해 후성 유전적 조절인자의 발현 변화에 초점을 맞추었다. 먼저 DNMT1, DNMT3A, DNMT3B 등 DNA를 메틸화하는 효소인 DNA 메틸트랜스퍼라제와 TET1, TET2, TET3 등 DNA를 탈메틸화하는 효소인 텐-일레븐 전위 메틸시토신 디옥시게나제(ten-eleven translocation methylcytosine dioxygenases)의 mRNA 발현 수준의 변화를 조사했다. Given that diabetes-mediated genetic repression mainly occurs by epigenetic downregulation, we focused on changes in the expression of epigenetic regulators to investigate how high glucose downregulates VPS26a. First, mRNA of DNA methyltransferases, which are enzymes that methylate DNA, such as DNMT1, DNMT3A, and DNMT3B, and ten-eleven translocation methylcytosine dioxygenases, which are enzymes that demethylate DNA, such as TET1, TET2, and TET3 Changes in expression levels were investigated.
SH-SY5Ys에서 DNA 메틸화 수준을 감지하기 위해 도트 블롯 분석을 수행했다. genomic DNA(gDNA)는 genomic DNA 추출키트(Bioneer, K-3032)를 이용하여 추출하였다. 100ng의 gDNA를 95℃에서 10분 동안 변성시킨 다음 얼음에서 10분 동안 중화했다. gDNA를 N+ 나일론 멤브레인(Amersham, RPN203B)에 로딩했다. 막을 건조시키고 80℃에서 2시간 동안 인큐베이션하였다. 막을 5% 탈지유로 1시간 동안 차단하고 항-5-mC 항체와 함께 4℃에서 밤새 인큐베이션했다. 막을 TBST로 3회 세척한 다음, HRP-접합 이차 항체와 함께 실온에서 2시간 동안 인큐베이션하였다. DNA는 화학발광 검출 키트(Advansta Inc., K-12045-D50)로 검출하였다. 도트 블롯 강도의 정량화는 Image J 소프트웨어에 의해 수행되었다.Dot blot analysis was performed to detect DNA methylation levels in SH-SY5Ys. Genomic DNA (gDNA) was extracted using a genomic DNA extraction kit (Bioneer, K-3032). 100 ng of gDNA was denatured at 95°C for 10 minutes and then neutralized on ice for 10 minutes. gDNA was loaded onto a N+ nylon membrane (Amersham, RPN203B). Membranes were dried and incubated at 80° C. for 2 hours. Membranes were blocked with 5% skim milk for 1 hour and incubated with anti-5-mC antibody overnight at 4°C. Membranes were washed three times with TBST and then incubated with HRP-conjugated secondary antibodies for 2 hours at room temperature. DNA was detected with a chemiluminescence detection kit (Advansta Inc., K-12045-D50). Quantification of dot blot intensities was performed by Image J software.
메틸화 특이적 PCR(MSP)로서 메틸화 분석을 위한 gDNA의 전환은 EZ DNA 메틸화-번개 키트를 사용하고 제조업체의 지침(Zymo Research, D5030)에 따라 중아황산염 처리에 의해 수행되었다. SH-SY5Ys에서 VPS26A 유전자의 메틸화 상태는 MSP에 의해 결정되었다. 메틸화 상태는 메틸화되지 않은 형태와 비교하여 상대적인 메틸화 수준으로 평가되었다. Conversion of gDNA for methylation analysis as methylation-specific PCR (MSP) was performed by bisulfite treatment using the EZ DNA Methylation-Lightning Kit and following the manufacturer's instructions (Zymo Research, D5030). The methylation status of the VPS26A gene in SH-SY5Ys was determined by MSP. Methylation status was assessed as the relative methylation level compared to the unmethylated form.
그 결과, 고 포도당이 ROS/NF-κ매개 프로모터 과메틸화를 통해 VPS26a를 하향 조절한 것을 확인할 수 있었다. 즉, DNMT1의 mRNA 발현만 높은 포도당에 의해 증가되었고, DNMT1의 단백질 발현 수준은 또한 고 포도당 처리시 시간 의존적으로 증가했다 (도 7a). STZ 유도 당뇨병 마우스는 비히클 처리 마우스에 비해 해마 DNMT1 수준이 더 높았다(도 6a). As a result, it was confirmed that high glucose downregulated VPS26a through ROS/NF-κ-mediated promoter hypermethylation. That is, only the mRNA expression of DNMT1 was increased by high glucose, and the protein expression level of DNMT1 also increased in a time-dependent manner upon high glucose treatment (Fig. 7a). STZ-induced diabetic mice had higher hippocampal DNMT1 levels compared to vehicle-treated mice (FIG. 6A).
ROS는 DNMT1 발현을 상향조절할 수 있는 NF-κ를 자극하는 것으로 알려져 있기 때문에 본 발명자들은 NF-κ의 높은 포도당 자극 핵 전위가 NAC(ROS 제거제, Sigma Chemical Company; St. Louis, MO, USA)에 의해 차단될 수 있는지 여부를 조사했다(도 6b, S5c). 고 포도당에 의해 증가된 DNMT1의 mRNA 및 단백질 발현 수준도 Bay 11-7082(NF-κ억제제, Sigma Chemical Company; St. Louis, MO, USA)에 의해 감소되었다(도 6c, S5d). 이러한 결과는 ROS 자극 NF-κ경로가 고 포도당 조건에서 DNMT1 발현을 상향 조절한다는 것을 시사한다. Since ROS is known to stimulate NF-κ, which can upregulate DNMT1 expression, we found that the high glucose-stimulated nuclear translocation of NF-κ was mediated by NAC (ROS scavenger, Sigma Chemical Company; St. Louis, MO, USA). We investigated whether it could be blocked by (Fig. 6b, S5c). The mRNA and protein expression levels of DNMT1, which were increased by high glucose, were also decreased by Bay 11-7082 (NF-κ inhibitor, Sigma Chemical Company; St. Louis, MO, USA) (Fig. 6c, S5d). These results suggest that the ROS-stimulated NF-κ pathway upregulates DNMT1 expression under high glucose conditions.
고 포도당 매개 DNMT1과 VPS26a 하향 조절 사이의 관계를 설명하기 위해 본 발명자들은 먼저 높은 포도당에 노출된 세포에서 5-메틸시토신(5-mC) 염색 강도를 측정하여 전체 DNA 메틸화 상태를 결정했다. 5-mC 염색 강도의 높은 포도당 매개 증가는 DNMT1 침묵에 의해 감소되었다(도 7d, S5f). To elucidate the relationship between high glucose-mediated DNMT1 and VPS26a downregulation, we first determined the global DNA methylation status by measuring the intensity of 5-methylcytosine (5-mC) staining in cells exposed to high glucose. The high glucose-mediated increase in 5-mC staining intensity was reduced by DNMT1 silencing (Fig. 7d, S5f).
유전자 침묵을 위한 siRNA 형질감염을 위하여 SH-SY5Ys가 60%까지 성장했을 때, 배지는 12시간 동안 25nM의 표시된 siRNA, 형질감염 시약 TurboFect™Fisher, R0531)를 함유하는 혈청 및 항생제가 없는 저글루코스 DMEM으로 교체되었다. 실험 전에 세포를 1% 항생제가 포함된 배지에서 배양하였다. NT siRNA(Dharmacon; Lafayette, CO, USA)를 음성 대조군으로 처리하였다.For siRNA transfection for gene silencing, when SH-SY5Ys have grown to 60%, the medium is low-glucose DMEM without serum and antibiotics containing 25 nM of the indicated siRNA, transfection reagent TurboFect™Fisher, R0531) for 12 hours. has been replaced with Cells were cultured in medium containing 1% antibiotics before the experiment. NT siRNA (Dharmacon; Lafayette, CO, USA) was treated as a negative control.
본 발명자들은 -118 및 -346에서 2개의 CpG 부위를 포함하는 VPS26A 프로모터의 특정 메틸화 상태를 추가로 측정했다. [도 6d] 에 나타낸 바와 같이, 고글루코스에서 NT siRNA로 형질감염된 세포는 정상 포도당 조건에서 NT siRNA로 형질감염된 세포와 비교하여 -118 및 -346에서 VPS26A 프로모터 메틸화 수준을 증가시켰다. 흥미롭게도, DNMT1 침묵은 VPS26A 프로모터의 높은 포도당 매개 과메틸화를 감소시켰다. 또한, 고 포도당에서 VPS26a의 하향조절된 mRNA 및 단백질 발현 수준은 DNMT1 침묵에 의해 역전되었다(도 6e, 도 7f). 이러한 데이터는 높은 포도당에 의해 상향 조절된 DNMT1이 VPS26A 프로모터의 과메틸화를 통해 VPS26a 발현을 억제함을 나타낸다.We further determined the specific methylation status of the VPS26A promoter, which contains two CpG sites at -118 and -346. As shown in FIG. 6D , cells transfected with NT siRNA in high glucose increased the level of VPS26A promoter methylation at -118 and -346 compared to cells transfected with NT siRNA in normal glucose conditions. Interestingly, DNMT1 silencing reduced high glucose-mediated hypermethylation of the VPS26A promoter. In addition, the downregulated mRNA and protein expression levels of VPS26a in high glucose were reversed by DNMT1 silencing (Fig. 6e, Fig. 7f). These data indicate that DNMT1, upregulated by high glucose, suppresses VPS26a expression through hypermethylation of the VPS26A promoter.
포도당 유발 레트로머 기능 장애에 의한 APP 및 p-tau 수준 증가Increased APP and p-tau levels by glucose-induced retromer dysfunction
높은 포도당 매개 아밀로이드 생성 및 타우 인산화에 대한 레트로머 기능 장애의 영향을 조사하고자 세포를 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 30분 동안 R33(5μM)으로 처리했다.To investigate the effect of retromer dysfunction on high glucose-mediated amyloidogenesis and tau phosphorylation, cells were treated with R33 (5 μM) for 30 min before high glucose treatment (25 mM) for 24 h.
Aβ측정을 위해 In vitro에서 세포 배양액을 수집하고 1,000g에서 20분 동안 원심분리했다. 포스파타제 억제제 칵테일(100X)을 상등액에 첨가하여 단백질 분해를 억제했다. In vivo에서 동일한 양의 해마 샘플(100μg)을 용해 완충액 및 BCA 분석으로 준비했다. 제조사의 지침에 따라, 인간 AβELISA 키트(Thermo Fisher, KHB3544) 및 마우스&래트 AβELISA 키트(Thermo Fisher, KMB3441)를 사용하여 각각 배양 배지 및 조직 샘플에서 Aβ의 광학 밀도(OD)를 얻었다. 450 nm에서의 흡광도를 농도로 환산하여 표준곡선을 이용하여 분석하였다.For Aβ measurement, cell culture fluid was collected in vitro and centrifuged at 1,000g for 20 minutes. Phosphatase inhibitor cocktail (100X) was added to the supernatant to inhibit proteolysis. In vivo, the same amount of hippocampal sample (100 μg) was prepared in lysis buffer and BCA assay. According to the manufacturer's instructions, the optical density (OD) of Aβ was obtained in culture media and tissue samples using a human AβELISA kit (Thermo Fisher, KHB3544) and a mouse & rat AβELISA kit (Thermo Fisher, KMB3441), respectively. Absorbance at 450 nm was converted into concentration and analyzed using a standard curve.
그 결과, 약리학적 샤페론인 R33이 높은 포도당에 의한 증가된 Aβ생산과 타우 인산화를 차단하여 레트로머 기능이 안정화 및 회복되었다. 즉, R33의 처리는 VPS26a의 높은 포도당 매개 하향 조절을 회복했다(도 8a). R33 처리에 의해 회복된 레트로머는 높은 포도당에 노출된 iPSC-ND(도 8b)와 SH-SY5Y(도 8c) 모두에서 AD의 초기 병리학적 특징인 초기 엔도솜의 크기를 감소시켰다. 높은 포도당이 비정상적인 초기 엔도솜에서 APP 처리를 조절한다는 점을 감안할 때, R33은 APP 과정을 정상화할 수 있다. 증가된 APP, 아밀로이드 β(Aβ, amyloid β) 단백질 전구체의 C-말단 단편(APP-CTFβC99) 및 Aβ는 iPSC-ND(도 8d) 및 SH-SY5Y(도 9 A, B) 모두에서 높은 포도당 조건하에서 R33에 의해 회복되었다. 인산화된 타우의 분해가 레트로머 매개 카텝신 D(CTSD) 성숙에 의해 조절되기 때문에 레트로머는 당뇨병의 타우 인산화에 관여할 수 있다. 본 발명자들은 R33 처리가 높은 포도당에 노출된 iPSC-ND(도 8e)와 SH-SY5Y(도 9 C) 모두에서 Ser396과 Thr181에서 타우 인산화를 하향 조절한다는 것을 확인했다. 이러한 확인은 레트로머 기능 장애가 높은 포도당 조건에서 APP 처리 및 타우 인산화에 관여한다는 것을 시사한다.As a result, R33, a pharmacological chaperone, blocked increased Aβ production and tau phosphorylation by high glucose, stabilizing and restoring retromer function. That is, treatment with R33 restored high glucose-mediated downregulation of VPS26a (Fig. 8a). Retromers restored by R33 treatment reduced the size of early endosomes, an early pathological feature of AD, in both iPSC-NDs (Fig. 8b) and SH-SY5Y (Fig. 8c) exposed to high glucose. Given that high glucose regulates APP processing in abnormal early endosomes, R33 may normalize APP processing. Increased APP, the C-terminal fragment of the amyloid β (Aβ) protein precursor (APP-CTFβC99) and Aβ were observed in both iPSC-ND (Fig. 8d) and SH-SY5Y (Fig. 9A, B) under high glucose conditions. Recovered by R33 under Retromers may be involved in tau phosphorylation in diabetes because degradation of phosphorylated tau is regulated by retromer-mediated cathepsin D (CTSD) maturation. We confirmed that R33 treatment downregulated tau phosphorylation at Ser396 and Thr181 in both iPSC-ND (Fig. 8e) and SH-SY5Y (Fig. 9C) exposed to high glucose. These confirmations suggest that retromeric dysfunction is involved in APP processing and tau phosphorylation under high glucose conditions.
레트로머 복합체의 APP 처리 조절Regulation of APP processing of retromeric complexes
레트로머 복합체가 APP 처리(APP processing)를 어떻게 조절하는지 설명하기 위해 초기 엔도솜과 트랜스 골지체에 대한 APP의 국소화를 측정했다. To elucidate how the retromeric complex regulates APP processing, we measured APP localization to early endosomes and the trans-Golgi apparatus.
SH-SY5Y가 60% confluency에 도달한 후, 세포를 플라스미드 DNA, 저글루코스 DMEM 및 리포펙타민 3000(Thermo Fisher)의 혼합물과 함께 24시간 동안 인큐베이션했다. 세포는 실험 전에 1% 항생제가 포함된 무혈청 배지에서 배양되었다. pcDNA3.1-eGFP 플라스미드(Koma Biotech; Seoul, Korea)를 음성 대조군으로 사용했다.After SH-SY5Y reached 60% confluency, cells were incubated for 24 hours with a mixture of plasmid DNA, low glucose DMEM and Lipofectamine 3000 (Thermo Fisher). Cells were cultured in serum-free medium containing 1% antibiotics prior to experiments. The pcDNA3.1-eGFP plasmid (Koma Biotech; Seoul, Korea) was used as a negative control.
그 결과, VPS26a 상향 조절이 Aβ를 감소시키는 높은 포도당에 의해 초기 엔도솜에 대한 APP의 보유를 역전시켰음을 확인할 수 있었다. 즉, iPSC-ND에서 높은 포도당은 APP와 초기 엔도솜 마커인 EEA1의 공동 국소화를 증가시켰으며, 이는 R33에 의해 역전되었다(도 10a). APP와 trans-Golgi 마커인 TGN38의 공동 국소화는 높은 포도당에서 감소하였고, R33 처리에 의해 회복되었다(도 10b). As a result, it was confirmed that the upregulation of VPS26a reversed the retention of APP in the early endosome by high glucose, which reduced Aβ. That is, in iPSC-NDs, high glucose increased the colocalization of APP and the early endosome marker EEA1, which was reversed by R33 (Fig. 10a). Colocalization of APP and the trans-Golgi marker TGN38 was reduced at high glucose and restored by R33 treatment (Fig. 10b).
고 포도당에서 VPS26a의 효과에 초점을 맞추기 위해 본 발명자들은 SH-SY5Y는 24시간 동안 고 포도당 처리(25mM) 전에 24시간 동안 SH-SY5Y에서 pcDNA3.1-eGFP 또는 pcDNA3.1-VPS26A-eGFP(Koma Biotech; Seoul, Korea) 형질감염에 의해 VPS26A를 과발현시켰다. To focus on the effect of VPS26a in high glucose, we compared SH-SY5Y with pcDNA3.1-eGFP or pcDNA3.1-VPS26A-eGFP (Koma Biotech; Seoul, Korea) VPS26A was overexpressed by transfection.
대조군 pcDNA3.1-eGFP 형질감염으로 고 포도당 처리된 세포에서 APP 및 EEA1의 공동 국소화가 VPS26a 과발현에 의해 감소되었다(도 10c). VPS26a 과발현이 있는 고 포도당 처리된 세포에서 APP 및 TGN38의 공동 국소화는 대조군 pcDNA3.1-eGFP 형질감염이 있는 고 포도당 처리된 세포보다 더 높았다(도 10d). VPS26a 과발현은 APP, C99 및 Aβ수준의 높은 포도당 매개 증가를 하향 조절했다(도 10e). 이러한 결과는 VPS26a의 높은 포도당 매개 하향 조절이 초기 엔도솜에서 트랜스 골지로의 APP 이동을 손상시켜 APP 처리를 변경함을 시사한다.Colocalization of APP and EEA1 in cells treated with high glucose with control pcDNA3.1-eGFP transfection was reduced by VPS26a overexpression (Fig. 10c). Colocalization of APP and TGN38 in high glucose treated cells with VPS26a overexpression was higher than in high glucose treated cells with control pcDNA3.1-eGFP transfection (FIG. 10D). VPS26a overexpression downregulated high glucose-mediated increases in APP, C99 and Aβ levels (Fig. 10e). These results suggest that high glucose-mediated downregulation of VPS26a impairs APP transport from early endosomes to the trans Golgi, thereby altering APP processing.
VPS26a의 하향 조절의 p-tau 분해 억제Downregulation of VPS26a inhibits p-tau degradation
타우의 인산화는 키나제 p35/25-CDK5 및 GSK3β또는 단백질 포스파타제 2(PP2A)에 의해 조절될 수 있지만 높은 포도당 조건에서 이러한 단백질의 수준에는 유의한 변화가 없었다(도 11). CTSD의 성숙이 레트로머 매개 CI-MPR 재활용에 의해 조절되고 VPS35가 CI-MPR과 상호 작용하여 초기 엔도솜에서 트랜스 골지체로 전달한다는 점을 감안할 때, 본 발명자들은 먼저 초기 엔도솜과 트랜스 골지에 대한 CI-MPR의 국소화를 측정했다. Phosphorylation of tau can be regulated by the kinases p35/25-CDK5 and GSK3β or protein phosphatase 2 (PP2A), but there was no significant change in the levels of these proteins under high glucose conditions (FIG. 11). Given that maturation of CTSD is regulated by retromer-mediated CI-MPR recycling, and that VPS35 interacts with CI-MPR to transfer from early endosomes to the trans-Golgi apparatus, we first investigated the activation of early endosomes and trans-Golgi. The localization of CI-MPR was measured.
손상되지 않은 리소좀 염색에는 산성 소기관에 대한 친화도가 높은 Lysotracker deep red(Thermo Fisher, #L12492)를 사용했다. 세포를 배지에서 2μM Lysotracker red와 함께 인큐베이션하고 37℃에서 30분 동안 유지했다. 그 다음, 세포를 PBS로 3회 세척하였다. Lysotracker 염색된 세포의 신호는 공초점 현미경 시스템(LSM 710, Carl Zeiss, Oberkochen, Germany)에 의해 시각화되었다.Lysotracker deep red (Thermo Fisher, #L12492), which has a high affinity for acidic organelles, was used to stain intact lysosomes. Cells were incubated with 2 μM Lysotracker red in medium and maintained at 37° C. for 30 minutes. Cells were then washed 3 times with PBS. Signals of Lysotracker stained cells were visualized by a confocal microscopy system (LSM 710, Carl Zeiss, Oberkochen, Germany).
카텝신 D(CTSD) 활성은 Cathepsin D 활성 형광분석 키트(abcam, K143-100)를 사용하여 측정하였다. 제조업체의 프로토콜에 따라 분석을 수행했다. 간단히 말해서, 수확된 세포를 얼음 위에서 10분 동안 적절한 용해 완충액으로 용해하고 최고 속도로 5분 동안 원심분리했다. 동일한 양의 용해물을 반응 완충액 및 기질이 있는 96 웰 플레이트에 로딩한 다음, 37℃에서 2시간 동안 인큐베이션했다. 형광 강도는 328nm 여기/460nm 방출 필터가 장착된 형광계로 판독했다.Cathepsin D (CTSD) activity was measured using a cathepsin D activity fluorescence assay kit (abcam, K143-100). The assay was performed according to the manufacturer's protocol. Briefly, harvested cells were lysed in an appropriate lysis buffer for 10 min on ice and centrifuged for 5 min at maximum speed. Equal amounts of lysate were loaded into a 96-well plate with reaction buffer and substrate and then incubated at 37°C for 2 hours. Fluorescence intensities were read with a fluorometer equipped with 328 nm excitation/460 nm emission filters.
그 결과, VPS26a 상향 조절은 높은 포도당에 의해 초기 엔도좀에 대한 CI-MPR의 보유를 역전시켜 증가된 CTSD 활성 매개 p-Tau 분해를 유도한 것을 확인할 수 있었다. 즉, iPSC-ND에서 높은 포도당은 CI-MPR과 EEA1의 공동 국소화를 증가시켰으며, 이는 R33 전처리에 의해 역전되었다(도 12a). CI-MPR과 TGN38의 공동 국소화는 고 포도당 처리 세포에서 감소하였고 R33으로 전처리된 세포에서 회복되었다(도 12b). 또한, 높은 포도당 조건에서의 세포는 R33 전처리에 의해 회복된 정상 포도당 조건 내의 세포보다 리소좀 및 CTSD의 공동 국소화가 더 낮았다(도 12c). pcDNA3.1-eGFP 또는 pcDNA3.1-VPS26a-eGFP로 형질감염된 SH-SY5Y에서, 고 포도당에 의해 증가된 CI-MPR 및 EEA1의 공동 국소화는 VPS26a 과발현에 의해 감소되었다(도 12d). 높은 포도당에서 pcDNA3.1-VPS26a-eGFP로 형질감염된 세포는 높은 포도당에서 pcDNA3.1-eGFP 형질감염된 세포보다 CI-MPR 및 TGN38의 더 높은 공동 국소화를 가졌다(도 12e). 리소좀과 CTSD의 공동 국소화는 pcDNA3.1-eGFP를 사용한 고 포도당에 의해 감소되었고 pcDNA3.1-VPS26a-eGFP 형질감염에 의해 회복되었다(도 12f). pro-CTSD의 높은 포도당 매개 상향 조절과 성숙한 CTSD의 하향 조절이 pcDNA3.1-VPS26a-eGFP 형질감염에 의해 역전되었지만, 모든 그룹에서 CI-MPR 발현 수준에는 유의한 변화가 없었으며, 고 포도당에 의해 감소된 CTSD 활성은 VPS26a 과발현에 의해 회복되었다(도 12g). 높은 포도당에 의해 증가된 Ser396 및 Thr181에서 인산화된 타우의 수준은 VPS26a 과발현에 의해 감소되었으며, 이는 CTSD 억제제인 펩스타틴 A(Pepstatin A)로 전처리하여 차단되었다(도 12h). 이러한 결과는 높은 포도당에서 하향 조절되는 VPS26a가 초기 엔도솜과 트랜스-골지 사이의 CI-MPR 재활용을 차단하여 CTSD의 성숙을 억제하여 인산화된 타우의 분해에 결함을 초래함을 시사한다.As a result, it was confirmed that the up-regulation of VPS26a reversed the retention of CI-MPR in early endosomes by high glucose and induced the increased CTSD activity-mediated p-Tau degradation. That is, in iPSC-NDs, high glucose increased the colocalization of CI-MPR and EEA1, which was reversed by R33 pretreatment (Fig. 12a). Colocalization of CI-MPR and TGN38 was reduced in cells treated with high glucose and restored in cells pretreated with R33 (FIG. 12B). In addition, cells in high glucose conditions had lower colocalization of lysosomes and CTSD than cells in normal glucose conditions restored by R33 pretreatment (FIG. 12c). In SH-SY5Y transfected with pcDNA3.1-eGFP or pcDNA3.1-VPS26a-eGFP, the colocalization of CI-MPR and EEA1, which was increased by high glucose, was reduced by VPS26a overexpression (FIG. 12D). Cells transfected with pcDNA3.1-VPS26a-eGFP in high glucose had higher colocalization of CI-MPR and TGN38 than cells transfected with pcDNA3.1-eGFP in high glucose (FIG. 12E). Lysosome and CTSD colocalization was reduced by high glucose with pcDNA3.1-eGFP and restored by pcDNA3.1-VPS26a-eGFP transfection (Fig. 12f). Although high glucose-mediated upregulation of pro-CTSD and downregulation of mature CTSD were reversed by pcDNA3.1-VPS26a-eGFP transfection, there was no significant change in CI-MPR expression levels in all groups, and no significant change was observed by high glucose. Reduced CTSD activity was restored by VPS26a overexpression (FIG. 12G). The levels of phosphorylated tau at Ser396 and Thr181, which were increased by high glucose, were reduced by VPS26a overexpression, which was blocked by pretreatment with the CTSD inhibitor Pepstatin A (Fig. 12h). These results suggest that VPS26a, which is downregulated at high glucose, inhibits CTSD maturation by blocking CI-MPR recycling between early endosomes and trans-Golgi, resulting in defects in the degradation of phosphorylated tau.
레트로머 기능 장애의 AD 유사 병리 유도Induction of AD-like pathology of retromeric dysfunction
R33이 당뇨병 마우스에서 아밀로이드 생성, 타우 인산화, 시냅스 결손, 성상교세포 과활성화 및 인지 장애를 회복하였다. 즉, R33 처리에 의해 VPS26a 수준은 STZ-당뇨병 마우스의 해마에서 감소 및 회복되었다(도 13a). STZ 마우스의 해마 Rab5 신호 강도는 비히클 주입 및 STZ+R33 주입 마우스보다 높았다(도 13b). 당뇨병 마우스는 APP, C99, Aβ인산화된 타우 및 pro-CTSD의 상향 조절된 수준과 성숙한-CTSD의 하향 조절된 수준을 보여주었으며, 모두 R33 처리에 의해 회복되었다(도 13c). 이러한 결과는 당뇨병 관련 알츠하이머병 표현형이 레트로머 기능장애에 의해 매개됨을 나타낸다. R33 restored amyloidogenesis, tau phosphorylation, synaptic deficits, astrocyte hyperactivation and cognitive impairment in diabetic mice. That is, the level of VPS26a was reduced and restored in the hippocampus of STZ-diabetic mice by R33 treatment (FIG. 13a). The hippocampal Rab5 signal intensity of STZ mice was higher than that of vehicle-injected and STZ+R33-injected mice (FIG. 13B). Diabetic mice showed upregulated levels of APP, C99, Aβ phosphorylated tau and pro-CTSD, and downregulated levels of mature-CTSD, all of which were restored by R33 treatment (Fig. 13c). These results indicate that the diabetes-associated Alzheimer's disease phenotype is mediated by retromeric dysfunction.
본 발명자들은 AD 표현형 외에 시냅스 무결성 및 성상교세포 과활성화의 변화를 조사했다. In addition to the AD phenotype, we investigated changes in synaptic integrity and astrocyte hyperactivation.
Y-미로 행동 테스트는 해마에 의존하는 공간 학습과 기억을 평가하는데 사용된다. 생쥐는 본능적으로 Y-미로의 새로운 팔을 탐색하는 것을 선호한다. 시험 전 동물은 스트레스를 최소화하기 위해 시험실에서 2시간 동안 수용하였다. 마우스를 GaonBio(Yongin, Korea)에서 얻은 Y-미로 장치의 무작위로 선택된 팔에 배치했다. 각 마우스는 8분 동안 미로를 자유롭게 탐색할 수 있었다. 팔 항목 및 시퀀스의 총 수가 기록되었다. 4개의 팔다리가 모두 팔에 놓였을 때만 진입이 완료된 것으로 간주되었다. Percentage alternation은 트라이어드의 수를 최대 교대 수(총 항목-2) × 100으로 나눈 값이다. 동물이 더 낮은 교대 백분율을 보일 때 동물은 손상된 공간 학습 및 기억력을 나타낸다.The Y-maze behavioral test is used to assess hippocampal-dependent spatial learning and memory. Mice instinctively prefer to explore the new arm of the Y-maze. Prior to testing, animals were housed for 2 hours in the testing room to minimize stress. Mice were placed on randomly selected arms of a Y-maze apparatus obtained from GaonBio (Yongin, Korea). Each mouse was allowed to freely explore the maze for 8 min. The total number of arm entries and sequences was recorded. Entry was considered complete only when all four limbs were placed on the arm. Percentage alternation is the number of triads divided by the maximum number of alternations (total items-2) × 100. Animals exhibit impaired spatial learning and memory when they exhibit lower alternation percentages.
새로운 개체 인식 테스트(Novel object recognition test, NOR)는 이제 개체 작업 기억을 평가하기 위해 일반적으로 사용되는 마우스 행동 테스트이며, 새로움에 대한 마우스의 타고난 선호도에 따라 다르다. 마우스는 습관화를 위해 시험실에서 5분 동안 야외 상자에 보관되었다. 24시간 후, 마우스는 첫 번째 세션 동안 두 개의 유사한 개체를 사용하여 동일한 오픈 필드에서 10분 동안 자유롭게 탐색할 수 있었다. 4시간 후 두 개체 중 하나를 새 개체로 교체한 다음 두 번째 세션을 위해 열린 필드에서 마우스를 10분 동안 자유롭게 탐색할 수 있었다. 인지 평가에 가장 많이 사용되는 값인 변별 지수는 새로운 대상 탐색 시간에서 친숙한 대상 탐색 시간을 뺀 시간을 전체 탐색 시간으로 나누어 계산하였다. 새로움 선호도는 전체 탐색 시간의 백분율로 새로운 개체를 탐색하는데 소요된 시간으로 계산되었다. 변별 지수의 증가는 인지 기억의 개선을 나타낸다. The novel object recognition test (NOR) is now a commonly used mouse behavioral test to assess object working memory and depends on the mouse's innate preference for novelty. Mice were housed in an outdoor box for 5 min in the testing room for habituation. After 24 h, mice were free to explore for 10 min in the same open field using two similar objects during the first session. After 4 h, one of the two objects was replaced with a new one and then the mice were allowed to freely explore for 10 min in the open field for the second session. Discrimination index, which is the most frequently used value for cognitive evaluation, was calculated by dividing the search time for a new object minus the search time for a familiar object by the total search time. Novelty preference was calculated as the time spent exploring the novel object as a percentage of the total exploration time. An increase in discrimination index indicates an improvement in cognitive memory.
STZ 마우스에서 PSD95(시냅스 후 마커) 수준은 감소했지만 해마 시냅토피신(시냅스 전 마커) 수준은 감소하지 않았고 GFAP(성상 세포 마커) 수준은 증가했으며 이 모두는 R33 처리로 역전되었다(도 13d ~ 7h). Y-미로 결과는 STZ를 주사한 쥐와 STZ+R33을 주사한 쥐 모두 총 팔 항목 수의 감소를 보였으나 R33은 당뇨병에 의해 감소된 자발적 교대를 증가시켰다(도 13h). NOR 테스트 결과, STZ를 주입한 마우스는 R33 주입에 의해 회복된 식별 지수와 신규성 선호도가 감소한 것으로 나타났다(도 13h). Y-미로와 NOR의 결과는 R33이 당뇨병으로 손상된 공간 및 물체 작업 기억을 회복했음을 나타낸다. 이는 당뇨병 마우스에서 Aβp-tau, 시냅스 결손, 성상세포 과잉 활성화 및 인지 장애가 레트로머 기능 장애에 의해 유도되었음을 시사한다.In STZ mice, PSD95 (post-synaptic marker) levels decreased but hippocampal synaptophysin (pre-synaptic marker) levels did not decrease and GFAP (astrocytic marker) levels increased, all of which were reversed by R33 treatment (FIGS. 13D-7H). ). The results of the Y-maze showed a decrease in the total number of arm items in both STZ-injected rats and STZ+R33-injected rats, but R33 increased spontaneous alternation, which was reduced by diabetes (Fig. 13h). As a result of the NOR test, mice injected with STZ showed a decrease in the discrimination index and novelty preference recovered by R33 injection (FIG. 13h). The results of the Y-maze and NOR indicate that R33 restored spatial and object working memory impaired by diabetes. This suggests that Aβp-tau, synaptic deficits, hyperactivation of astrocytes, and cognitive impairment in diabetic mice were induced by retromer dysfunction.
[통계 분석][Statistical analysis]
샘플 크기 n은 통계 분석에 사용된 생물학적 독립 복제 수를 나타낸다. 상자 플롯 구성에서 외부 펜스(Q1-3*IQ 또는 Q3+3*IQ)를 넘어선 제외 기준에 따라 이상값을 확인했으며 이상값은 관찰되지 않았다. 모든 데이터는 Shapiro-Wilk 테스트를 사용하여 정규성을 획득하고 매개변수 통계로 분석했다. 표본의 이분산성은 Spearman의 검정으로 확인하였고 분산이 균질성을 충족하지 않을 경우 대수변환을 수행하였다. 데이터 변환 후 변수의 단위는 백분율 일치 제어 값을 사용했다. 영상 실험과 동물 실험은 맹목적인 방식으로 평가되었다. 처리군의 평균과 대조군의 평균을 비교하기 위해 양측의 짝지어지지 않은 Student t-검정을 수행하였다. 일원 ANOVA(Dunnett의 다중 비교 검정 및 양측) 또는 양방향 ANOVA(Tukey의 다중 비교 검정 및 양측)는 여러 그룹 간의 차이를 비교하는 데 사용되었다. 정량적 데이터는 평균 ± SD로 표시되고 Prism 8 소프트웨어(Graphpad, CA, USA)로 분석된다. 확률 수준(p) < 0.05는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었다.Sample size n represents the number of biologically independent replicates used for statistical analysis. Outliers were identified according to the exclusion criterion beyond the external fence (Q1-3*IQ or Q3+3*IQ) in the box plot configuration and no outliers were observed. All data were obtained for normality using the Shapiro-Wilk test and analyzed by parametric statistics. The heteroscedasticity of the sample was confirmed by Spearman's test, and logarithmic transformation was performed if the variance did not satisfy homogeneity. After data conversion, the unit of the variable was the percentage agreement control value. Imaging and animal studies were evaluated in a blinded manner. A two-tailed unpaired Student's t-test was performed to compare the mean of the treatment group and the mean of the control group. One-way ANOVA (Dunnett's multiple comparison test and two-tailed) or two-way ANOVA (Tukey's multiple comparison test and two-tailed) were used to compare differences between groups. Quantitative data are expressed as mean ± SD and analyzed with
Claims (12)
A pharmaceutical composition for preventing, improving or treating diabetes-mediated neurodegenerative diseases, including a retromer stabilizer.
The method of claim 1, wherein the retromer is VPS35 (Vacuolar protein sorting ortholog 35), VPS26a (Vacuolar protein sorting-associated protein 26a), VPS26b (Vacuolar protein sorting 26 homolog B), VPS29 (Vacuolar protein sorting 29), SORCS1 (Sortilin A pharmaceutical composition, characterized in that at least one selected from the group consisting of Related VPS10 Domain Containing Receptor 1), SORL1 (Sortilin Related Receptor 1) and WASHC1 (WASH Complex Subunit 1).
The pharmaceutical composition according to claim 1, wherein the retromer stabilizer is at least one selected from the group consisting of R33 and R55.
The pharmaceutical composition according to claim 1, wherein the diabetes-mediated neurodegenerative disease is at least one selected from the group consisting of diabetes-mediated Alzheimer's disease, Parkinson's disease, Huntington's disease, Lou Gehrig's disease, Creutzfeldt-Jakob disease, stroke, and multiple sclerosis. .
An information providing method for diagnosing diabetes-mediated neurodegenerative diseases comprising checking the expression level of VPS26a (Vacuolar protein sorting-associated protein 26a) in a sample obtained from the subject.
The information providing method according to claim 5, further comprising classifying as a diabetes-mediated neurodegenerative disease if the confirmed expression level of VPS26a is lower than that of the normal sample.
The information providing method according to claim 5, wherein, in addition to VPS26a, the levels of APP (amyloid precursor protein) and phosphorylated tau are also checked.
The method of claim 7, further comprising classifying the APP and phosphorylated tau as a diabetes-mediated neurodegenerative disease if the level of the APP and phosphorylated tau is higher than that of the normal sample.
ii) 상기 약물을 처리한 시료의 VPS26a(Vacuolar protein sorting-associated protein 26a)의 발현 정도를 확인하는 단계;
를 포함하는 당뇨병 매개 신경퇴행성 질환의 예방, 개선 또는 치료용 약물 스크리닝 방법.
i) treating a sample obtained from a patient with diabetes-mediated neurodegenerative disease with a candidate drug; and
ii) checking the expression level of VPS26a (Vacuolar protein sorting-associated protein 26a) in the sample treated with the drug;
A drug screening method for preventing, improving or treating diabetes-mediated neurodegenerative diseases comprising a.
10. The method of claim 9, wherein the screening method comprises: iv) classifying as a drug for preventing, improving or treating diabetes-mediated neurodegenerative diseases if the expression level of the identified VPS26a is higher than before drug treatment; A screening method characterized in that it further comprises.
The screening method according to claim 9, wherein, in step ii), the levels of APP (amyloid precursor protein) and phosphorylated tau are checked together in addition to VPS26a.
The screening method according to claim 11, wherein if the level of APP and phosphorylated tau is reduced compared to before drug treatment, the screening method can be classified as a drug for preventing, improving or treating diabetes-mediated neurodegenerative diseases.
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