본 연구는 성체 제브라피시 모델을 사용하여 반복적 수면박탈(RSD)이 유도하는 만성적인 신경 변화를 헥소사민 생합성 경로/부착 O-글리코실화 O-연결 N-아세틸글루코사민(HBP/O-GlcNAc) 순환에서의 포도당 대사 변화와 관련하여 조사하고, 나아가 O-GlcNAc 순환의 변화가 신경퇴행을 촉진하는 데 미치는 역할을 규명하고자 하였다. RSD에 의해 유발된 뇌의 퇴행성 변화는 기억력 장애, 신경염증 및 아밀로이드 베타(Aβ) 축적을 초래하였다. RSD 제브라피시 뇌의 대사체 프로파일링 결과, 포도당이 유의하게 감소하여 RSD로 인한 신경퇴행과 포도당 대사 조절 이상 간의 잠재적 연관성을 시사하였다. RSD는 해마(hippocampus) 영역에서 전체 O-GlcNAcylation 수준에는 영향을 주지 않았으나, 두 가지 O-GlcNAc 조절 효소에서 변화가 관찰되었는데, 구체적으로 O-GlcNAc 전이효소(O-GlcNAc transferase, OGT)의 감소와 O-GlcNAcase(OGA)의 증가가 확인되었다. 글루코사민(GlcN) 처치는 O-GlcNAcylation의 증가와 RSD 군에서 감소된 OGT 수준의 회복을 유도하였다. 또한 GlcN은 RSD로 인한 인지장애를 역전시켰다. GlcN은 RSD로 유발된 신경염증을 감소시키고 Aβ 축적을 완화하였다. HBP 대사의 억제제인 HBP 대사 억제제 diazo-5-oxo-l-norleucine(DON)을 제브라피시에 반복 투여한 결과, RSD와 유사하게 인지기능장애, 신경염증 및 Aβ 축적이 나타났다. DON에 의해 유발된 병리적 변화는 GlcN 처리 시 정상 수준으로 회복되었다. 수면박탈(SD)군 및 DON 처리군 모두에서 대조군에 비해 글루타메이트와 γ-아미노부티르산(GABA)이 공통적으로 감소하였다. 제브라피시 뇌에서 OGT를 과발현하면 RSD로 인한 신경 기능 장애 및 신경퇴행이 구제되었다. RSD는 아밀로이드 전구단백질(amyloid precursor protein)의 O-GlcNAcylation 감소와 β-시크레타아제(β-secretase) 활성 증가를 유도하였으며, 이는 GlcN 처리에 의해 역전되었다. 종합된 결과를 바탕으로, 뇌에서 HBP 및 O-GlcNAc 순환의 조절 이상이 RSD 매개 신경퇴행의 진행과 알츠하이머병 병인에 있어 핵심적인 역할을 수행한다고 제안한다. 따라서 이 경로를 표적으로 삼는 접근은 수면 관련 신경퇴행성 질환의 치료를 위한 효과적인 조절 전략을 제공할 수 있을 것이다.

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