자가포식(autophagy)은 항상성을 유지하기 위해 재활용을 목적으로 하는 자기분해(self-degradation) 시스템이다. p62/sequestosome-1(p62)는 신경퇴행성 질환에서 신경교세포(neuroglia)에 축적되는 자가포식 수용체이다. 본 연구의 목적은 질병 중증도 평가에 대한 임상적 유용성을 위해, 샤르코-마리-투스병 1A(Charcot-Marie-Tooth disease 1A, CMT1A) 환자에서 혈장 p62 단백질 수준의 상승 여부를 확인하는 데 있었다. 우리는 CMT1A 환자 69명과 건강한 대조군 59명에서 혈액 샘플을 수집하였다. 혈장 내 p62 농도는 ELISA로 분석하였으며, Charcot-Marie-Tooth 신경병증 점수 2판(Charcot-Marie-Tooth neuropathy score version 2, CMTNSv2)과 비교하였다. 또한, 혈장 p62 상승의 기원과 기전을 규명하기 위해 CMT1A 마우스 모델(C22)을 사용하였다. 혈장 p62는 건강한 대조군에서 중간값 1978 pg/ml로 검출되었고, CMT1A에서는 수치가 유의하게 더 높았다(2465 pg/ml, p < 0.001). 상승된 혈장 p62 수준은 CMTNSv2(r = 0.621, p < 0.0001), 운동 신경전도속도(r = -0.490, p < 0.0001), 및 질병 기간(r = 0.364, p < 0.01)과 상관관계를 보였다. C22 모델에서는 p62 발현의 증가가 병적 슈반세포(pathologic Schwann cells)뿐 아니라 혈장에서도 관찰되었다. 본 연구 결과는 혈장 p62 측정이 CMT1A의 중증도 및 슈반세포 병리(schwann cell pathology)를 평가하는 데 유용한 도구가 될 수 있음을 시사한다.

미엘린 수초는 축삭을 통해 전기적 충격이 신속하게 전달되기 위해 필수적인 구조이며, 말초 미엘리네이션은 미엘린을 형성하는 말초 교세포인 슈반세포(Schwann cells, SCs)의 잘 프로그램된 출생 후 과정이다. SCs는 축삭 손상 후 왈러 변성(Wallerian degeneration) 및 탈수초성 말초신경병증에서 미엘린 수초를 제거하기 위해 탈수초성 SCs(demyelinating SCs, DSCs)로 이행(transdifferentiation)하며, 두 조건 모두에서 대식세포(macrophages)가 미엘린 분해를 담당한다. 본 연구에서는 DSCs가 미엘린 엑소사이토시스(exocytosis) 능력을 획득하는 기전을 조사하였다. 연속적인 초미세구조 평가를 사용한 결과, DSCs에 의한 대형 미엘린 챔버의 엑소사이토시스에는 자가포식(autophagy) 관련 유전자 7(dependent gene 7)에 의존한 ‘분비성 포식포피어리어(secretory phagophore, SP)’ 및 관형 포식포피어리어(tubular phagophore)의 형성이 필요함을 확인하였다. DSCs는 SP 형성을 위해 미엘린 막을 활용하는 것으로 보였고, 미엘린 배출을 위한 자가포식 수용체로 p62/세크에스트로좀-1(p62, sequestosome-1)을 사용하였다. 또한 DSCs의 미엘린 엑소사이토시스 능력 획득은 정전( canonical) 오토리소좀 플럭스(autolysosomal flux)의 감소와 연관되었으며, p62 분비를 통해 이를 입증하였다. 마지막으로, 이러한 SC 탈수초화 기전은 염증성 탈수초성 말초신경병증에서도 작동하는 것으로 보였다. 본 연구의 결과는 신경 손상에 대한 반응으로 DSCs가 수행하는 자가포식 매개 미엘린 제거(myeilin clearance)라는 새로운 기전을 제시한다.

슈반세포(Schwann cells, SCs)는 말초신경계(PNS)의 도약성 신경전도를 위한 수초를 생성하는 것으로 알려져 있다. 슈반세포의 분화 및 수초화 과정은 Sox10, Oct6/Pou3f1, Krox20/Egr2를 포함한 여러 전사인자에 의해 조절된다. 닭 난알부민 상류 프로모터-전사인자 II(chicken ovalbumin upstream promoter-transcription factor II, COUP-TFII/NR2F2)는 발달과 분화에 관여하는 고아 수용체(또는 orphan receptor)이다. 그러나 슈반세포 분화의 전사 조절 네트워크에서 COUP-TFII의 역할은 아직 충분히 규명되지 않았다. 따라서 본 연구의 목적은 cAMP에 의해 유도된 슈반세포 분화 과정에서 COUP-TFII의 역할과 분자적 위계 구조를 규명하는 것이었다. 그 결과, dibutyryl-cAMP(db-cAMP)는 슈반세포 분화와 관련된 것으로 알려진 Oct6, Krox20 및 수초 관련 유전자들의 발현과 함께 COUP-TFII의 발현 수준을 증가시켰다. 기전 연구에서는 COUP-TFII가 db-cAMP에 의해 유도된 슈반세포 분화 동안 Hsp90/ErbB2/Gab1/ERK-AKT 경로의 하위(downstream)에서 작용함을 보였다. 또한 COUP-TFII는 크로마틴 면역침전(chromatin immunoprecipitation) 분석 및 프로모터 활성 분석을 통해 Krox20-MSE8에 직접 결합함으로써 Krox20의 발현을 유도한다는 사실을 확인하였다. 이에 부합하게, 초기 출생 후 수초화 기간 동안 sciatic nerves에서 Oct6, Krox20 및 수초 관련 유전자의 상향조절(up-regulation)에 앞서 COUP-TFII의 발현이 증가함을 관찰하였다. 마지막으로, 슈반세포에서 COUP-TFII siRNA 또는 AAV-COUP-TFII shRNA를 통한 COUP-TFII의 발현 억제는 각각 db-cAMP에 의해 유도된 슈반세포 분화와 체외에서의 감각 축삭(sensory axons) 수초화를 억제하였다. 종합하면, 본 연구 결과는 COUP-TFII가 슈반세포에서 Krox20을 유도함으로써 출생 후 수초화에 관여할 가능성을 시사한다. 본 결과는 슈반세포 분화와 수초화에서의 전사 조절 기전에 대한 새로운 통찰을 제공한다.

배경 및 목적: 말초신경병증 환자에서 신경세포 부착분자 1(Neural cell adhesion molecule 1, NCAM1)과 p75 신경영양인자 수용체(p75)의 혈장 농도 상승이 보고되었다. 본 연구는 샤르코-마리-투스병(Charcot-Marie-Tooth disease, CMT) 아형 중 하나에서 NCAM1 또는 p75 중 어느 쪽의 혈장 농도 상승이 특이적인지, 그리고 병리학적 신경 상태 및 질병 중증도와의 상관관계를 규명하고자 하였다. 방법: 유전성 말초신경병증 환자 138명과 건강한 대조군 51명에서 혈액 시료를 수집하였다. 질병 중증도는 샤르코-마리-투스 신경병증 점수(Charcot-Marie-Tooth Neuropathy Score version 2, CMTNSv2)로 측정하였고, 혈장 NCAM1 및 p75 농도는 효소결합면역흡착검사(enzyme-linked immunosorbent assay)로 분석하였다. CMT 환자 8개의 가자신경(sural nerve)을 검사하여 병리조직소견과 혈장 NCAM1 수준 간의 관련성을 확인하였다. 결과: p75는 아니고 NCAM1의 혈장 농도는 대조군(3859 pg/mL)과 비교하여 CMT의 탈수초화(demyelinating) 아형에서 특이적으로 증가하였다(중앙값 = 7100 pg/mL, p < 0.001). 여기에는 CMT1A가 포함되었으나, 축삭(axonal) 아형에서는 증가하지 않았다(5964 pg/mL, p > 0.05). CMTNSv2 < 20인 경증 또는 중등증의 CMT1A 환자는 건강한 대조군보다 혈장 NCAM1 수치가 더 높았다. CMT 환자의 가자신경에 대한 면역형광 NCAM1 염색에서 NCAM1 양성 양파구(onion bulb) 세포 및 가능한 탈수초화 슈반세포(Schwann cells)가 탈수초화 CMT에서의 혈장 NCAM1의 특이적 상승과 연관될 수 있음을 시사하였다. 결론: 탈수초화 CMT에서의 혈장 NCAM1 수치는 병적 슈반세포 상태 및 질병 진행을 반영하는 대리지표(surrogate biomarker)일 수 있다.

약어: 신냅신 I(synapsin I).

슈반세포(Schwann cells, SCs)는 축삭을 지지하고, 수초를 형성하며, 말초신경계(PNS)에서 손상 후 탈수초화(remyelination)를 통해 수리(회복)를 촉진하는 데 필요하다. 슈반세포의 분화, 수초화(myelination), 재수초화(remyelination) 과정은 Sox10, Oct6/Pou3f1, Krox20/Egr2, Nab1/2, YY1, COUP-TFII/NR2F2, YAP/TAZ-TEAD1, c-Jun, Sox2, Zeb2, Etv1/Er81을 포함한 복잡한 전사인자 및 코레귤레이터(coregulators) 네트워크에 의해 엄격하게 조절된다. 이러한 인자들은 SC의 수초화와 수리에서 Mpz 및 Mbp 같은 필수 표적 유전자의 발현을 조절할 수 있다. 이 네트워크 내에서의 유전적 돌연변이 또는 조절 이상은 샤르코-마리-투스병(Charcot-Marie-Tooth disease)과 같은 말초신경병증을 초래할 수 있다. 그러나 슈반세포의 분화, 수초화 및 재수초화에 관여하는 전사 조절 네트워크는 아직 완전히 규명되지 않았다. 따라서 본 종설은 슈반세포의 분화, 수초화, 재수초화 과정을 간략히 소개하고, 신경 손상 후 이들의 재수초화와 더불어 슈반세포의 분화 및 수초화에서 각 전사인자 및 코레귤레이터의 역할과 분자적 기전을 탐색한다. 또한 특정 유전자 돌연변이 및 전사인자·코레귤레이터의 변이에 의해 SC 생물학에 영향을 주는 말초신경병증과 관련된 임상적 함의도 함께 논의한다.

말초신경 손상 이후 수초를 탈락하는 슈반세포의 수초( myelin ) 파편 방출 및 대식세포에 의한 수초 분해가 일어나며, 그 결과 퇴행하는 축삭의 탈수초화(demyelination)가 유발되는데, 이는 효율적인 신경 재생에 필수적이다. 본 연구에서는 마이크로어레이 분석을 통해 신경 손상 후 퇴행하는 마우스 좌골신경에서 진공형(proton) ATPase 소단위 d2(vacuolar-type proton ATPase subunit d2, Atp6v0d2)가 가장 크게 상향 조절되는 유전자들 중 하나임을 보여준다. ATP6V0D2는 주로 손상된 신경의 대식세포에서 발현된다. Atp6v0d2 결손 마우스는 말초신경의 탈수초화가 지연되며, 신경 손상 후 수초 지질 소화(myelin lipid digestion)가 유의하게 감소한다. 그러나 대식세포의 모집(recruitment)과 슈반세포의 분화상태로부터의 역분화(dedifferentiation)는 Atp6v0d2 발현 상실의 영향을 받지 않는다. 종합하면, 이러한 결과는 월러진 변성(Wallerian degeneration) 동안 대식세포에서의 ATP6V0D2가 탈수초화에 특이적으로 필요함을 입증한다.

거대자가포식증/자가포식증(macroautophagy/autophagy)은 리소좀 의존적 자기분해 과정으로, 뉴런에서 잘못 접힌 단백질과 기능장애를 일으킨 소기관의 제거에 있어 핵심적인 기전이다. 말초신경계에서는 자가포식 스트레스가 말초신경병증의 발달과 연관되어 있다. 그러나 말초 뉴런에서 자가포식 기능장애로 인해 자가포식 스트레스가 유도하는 축삭성 신경병증의 분자적 기전은 in vivo에서 아직 명확히 규명되지 않았다. 우리는 두 가지 서로 다른 Cre recombinase 시스템을 사용하여 말초신경절(dorsal root ganglion, DRG) 뉴런 특이적 atg7 (autophagy related 7) 녹아웃(atg7-cKO) 마우스를 통해 출생 후 약 2개월 경에 감각신경병증이 나타남을 확인하였다. 전자현미경 분석에서 신경세포 사멸이 나타나기 전, 좌골신경의 수초화 섬유에서 축삭 변성이 뚜렷하게 관찰되었다. atg7-cKO 마우스의 DRG 내에서 근위부 축삭에 자가포식 스트레스가 존재함을 시사하듯, 비정상적인 소포성 축적물과 무정형 침전물로 채워진 영양실조성(dystrophic) 축삭이 DRG의 수초화 축삭에서 특이적으로 국소화되었다. 전자현미경 소견과 일치하게, 돌연변이 마우스는 축삭절단(axotomy) 없이 수초화 섬유를 구성하는 크기 큰 DRG 뉴런에서 ATF3(activating transcription factor 3)를 포함한 축삭 손상 관련 유전자들이 우선적으로 유도되는 양상을 보였다. Wallerian 변성의 중심 실행자(central executioner)인 SARM1(sterile alpha and HEAT/Armadillo motif containing 1)은 atg7-cKO 마우스의 좌골신경에서 활성화되었고, 우성-음성 Sarm1 형질전환체의 발현을 통해 atg7-cKO 마우스에서의 축삭 변성과 감각신경병증이 예방되었다. 본 연구 결과는 자가포식 손상으로 유발되는 말초 감각신경병증의 발달에서 SARM1 의존적 축삭 변성이 중요함을 보여준다. AAV: 아데노관련 바이러스; ATF3: activating transcription factor 3; ATG7: autophagy related 7; AVIL: advillin; cADPR: cyclic ADP ribose; CALC: calcitonin/calcitonin-related polypeptide; CMT: Charcot-Marie-Tooth disease; cKO: conditional knockout; DEG: differentially expressed gene; DRG: dorsal root ganglion; FE-SEM: field emission scanning electron microscopy; IF: immunofluorescence; NCV: nerve conduction velocity; PVALB: parvalbumin; RAG: regeneration-associated gene; ROS: reactive oxygen species; SARM1: sterile alpha and HEAT/Armadillo motif containing 1; SYN1: synapsin I

자가포식(autophagy)은 항상성을 유지하기 위해 재활용을 목적으로 하는 자기분해(self-degradation) 시스템이다. p62/sequestosome-1(p62)는 신경퇴행성 질환에서 신경교세포(neuroglia)에 축적되는 자가포식 수용체이다. 본 연구의 목적은 질병 중증도 평가에 대한 임상적 유용성을 위해, 샤르코-마리-투스병 1A(Charcot-Marie-Tooth disease 1A, CMT1A) 환자에서 혈장 p62 단백질 수준의 상승 여부를 확인하는 데 있었다. 우리는 CMT1A 환자 69명과 건강한 대조군 59명에서 혈액 샘플을 수집하였다. 혈장 내 p62 농도는 ELISA로 분석하였으며, Charcot-Marie-Tooth 신경병증 점수 2판(Charcot-Marie-Tooth neuropathy score version 2, CMTNSv2)과 비교하였다. 또한, 혈장 p62 상승의 기원과 기전을 규명하기 위해 CMT1A 마우스 모델(C22)을 사용하였다. 혈장 p62는 건강한 대조군에서 중간값 1978 pg/ml로 검출되었고, CMT1A에서는 수치가 유의하게 더 높았다(2465 pg/ml, p < 0.001). 상승된 혈장 p62 수준은 CMTNSv2(r = 0.621, p < 0.0001), 운동 신경전도속도(r = -0.490, p < 0.0001), 및 질병 기간(r = 0.364, p < 0.01)과 상관관계를 보였다. C22 모델에서는 p62 발현의 증가가 병적 슈반세포(pathologic Schwann cells)뿐 아니라 혈장에서도 관찰되었다. 본 연구 결과는 혈장 p62 측정이 CMT1A의 중증도 및 슈반세포 병리(schwann cell pathology)를 평가하는 데 유용한 도구가 될 수 있음을 시사한다.

미엘린 수초는 축삭을 통해 전기적 충격이 신속하게 전달되기 위해 필수적인 구조이며, 말초 미엘리네이션은 미엘린을 형성하는 말초 교세포인 슈반세포(Schwann cells, SCs)의 잘 프로그램된 출생 후 과정이다. SCs는 축삭 손상 후 왈러 변성(Wallerian degeneration) 및 탈수초성 말초신경병증에서 미엘린 수초를 제거하기 위해 탈수초성 SCs(demyelinating SCs, DSCs)로 이행(transdifferentiation)하며, 두 조건 모두에서 대식세포(macrophages)가 미엘린 분해를 담당한다. 본 연구에서는 DSCs가 미엘린 엑소사이토시스(exocytosis) 능력을 획득하는 기전을 조사하였다. 연속적인 초미세구조 평가를 사용한 결과, DSCs에 의한 대형 미엘린 챔버의 엑소사이토시스에는 자가포식(autophagy) 관련 유전자 7(dependent gene 7)에 의존한 ‘분비성 포식포피어리어(secretory phagophore, SP)’ 및 관형 포식포피어리어(tubular phagophore)의 형성이 필요함을 확인하였다. DSCs는 SP 형성을 위해 미엘린 막을 활용하는 것으로 보였고, 미엘린 배출을 위한 자가포식 수용체로 p62/세크에스트로좀-1(p62, sequestosome-1)을 사용하였다. 또한 DSCs의 미엘린 엑소사이토시스 능력 획득은 정전( canonical) 오토리소좀 플럭스(autolysosomal flux)의 감소와 연관되었으며, p62 분비를 통해 이를 입증하였다. 마지막으로, 이러한 SC 탈수초화 기전은 염증성 탈수초성 말초신경병증에서도 작동하는 것으로 보였다. 본 연구의 결과는 신경 손상에 대한 반응으로 DSCs가 수행하는 자가포식 매개 미엘린 제거(myeilin clearance)라는 새로운 기전을 제시한다.

슈반세포(Schwann cells, SCs)는 말초신경계(PNS)의 도약성 신경전도를 위한 수초를 생성하는 것으로 알려져 있다. 슈반세포의 분화 및 수초화 과정은 Sox10, Oct6/Pou3f1, Krox20/Egr2를 포함한 여러 전사인자에 의해 조절된다. 닭 난알부민 상류 프로모터-전사인자 II(chicken ovalbumin upstream promoter-transcription factor II, COUP-TFII/NR2F2)는 발달과 분화에 관여하는 고아 수용체(또는 orphan receptor)이다. 그러나 슈반세포 분화의 전사 조절 네트워크에서 COUP-TFII의 역할은 아직 충분히 규명되지 않았다. 따라서 본 연구의 목적은 cAMP에 의해 유도된 슈반세포 분화 과정에서 COUP-TFII의 역할과 분자적 위계 구조를 규명하는 것이었다. 그 결과, dibutyryl-cAMP(db-cAMP)는 슈반세포 분화와 관련된 것으로 알려진 Oct6, Krox20 및 수초 관련 유전자들의 발현과 함께 COUP-TFII의 발현 수준을 증가시켰다. 기전 연구에서는 COUP-TFII가 db-cAMP에 의해 유도된 슈반세포 분화 동안 Hsp90/ErbB2/Gab1/ERK-AKT 경로의 하위(downstream)에서 작용함을 보였다. 또한 COUP-TFII는 크로마틴 면역침전(chromatin immunoprecipitation) 분석 및 프로모터 활성 분석을 통해 Krox20-MSE8에 직접 결합함으로써 Krox20의 발현을 유도한다는 사실을 확인하였다. 이에 부합하게, 초기 출생 후 수초화 기간 동안 sciatic nerves에서 Oct6, Krox20 및 수초 관련 유전자의 상향조절(up-regulation)에 앞서 COUP-TFII의 발현이 증가함을 관찰하였다. 마지막으로, 슈반세포에서 COUP-TFII siRNA 또는 AAV-COUP-TFII shRNA를 통한 COUP-TFII의 발현 억제는 각각 db-cAMP에 의해 유도된 슈반세포 분화와 체외에서의 감각 축삭(sensory axons) 수초화를 억제하였다. 종합하면, 본 연구 결과는 COUP-TFII가 슈반세포에서 Krox20을 유도함으로써 출생 후 수초화에 관여할 가능성을 시사한다. 본 결과는 슈반세포 분화와 수초화에서의 전사 조절 기전에 대한 새로운 통찰을 제공한다.

배경 및 목적: 말초신경병증 환자에서 신경세포 부착분자 1(Neural cell adhesion molecule 1, NCAM1)과 p75 신경영양인자 수용체(p75)의 혈장 농도 상승이 보고되었다. 본 연구는 샤르코-마리-투스병(Charcot-Marie-Tooth disease, CMT) 아형 중 하나에서 NCAM1 또는 p75 중 어느 쪽의 혈장 농도 상승이 특이적인지, 그리고 병리학적 신경 상태 및 질병 중증도와의 상관관계를 규명하고자 하였다. 방법: 유전성 말초신경병증 환자 138명과 건강한 대조군 51명에서 혈액 시료를 수집하였다. 질병 중증도는 샤르코-마리-투스 신경병증 점수(Charcot-Marie-Tooth Neuropathy Score version 2, CMTNSv2)로 측정하였고, 혈장 NCAM1 및 p75 농도는 효소결합면역흡착검사(enzyme-linked immunosorbent assay)로 분석하였다. CMT 환자 8개의 가자신경(sural nerve)을 검사하여 병리조직소견과 혈장 NCAM1 수준 간의 관련성을 확인하였다. 결과: p75는 아니고 NCAM1의 혈장 농도는 대조군(3859 pg/mL)과 비교하여 CMT의 탈수초화(demyelinating) 아형에서 특이적으로 증가하였다(중앙값 = 7100 pg/mL, p < 0.001). 여기에는 CMT1A가 포함되었으나, 축삭(axonal) 아형에서는 증가하지 않았다(5964 pg/mL, p > 0.05). CMTNSv2 < 20인 경증 또는 중등증의 CMT1A 환자는 건강한 대조군보다 혈장 NCAM1 수치가 더 높았다. CMT 환자의 가자신경에 대한 면역형광 NCAM1 염색에서 NCAM1 양성 양파구(onion bulb) 세포 및 가능한 탈수초화 슈반세포(Schwann cells)가 탈수초화 CMT에서의 혈장 NCAM1의 특이적 상승과 연관될 수 있음을 시사하였다. 결론: 탈수초화 CMT에서의 혈장 NCAM1 수치는 병적 슈반세포 상태 및 질병 진행을 반영하는 대리지표(surrogate biomarker)일 수 있다.