'흥분'의 스위치——Gria3

이번 주에는 한 마우스 모델에 대한 이야기를 들려드리니 서로 다른 마우스 모델에 대해 알아보는 데 도움이 되었으면 한다.오늘 우리가 이야기할 주인공은 Gria3 유전자 녹아웃 마우스 이다.

Gria3 유전자

글루탐산(glutamic acid) 수용체는 포유동물의 뇌에서 주로 흥분성 신경전달물질 수용체로 각종 정상적인 신경생리 과정에서 활성화된다.이 수용체들은 여러 개의 아단위로 헤테로머단백질복합체로(Heteromer protein complex), 복합체 배열은 리간드의존성 이온통로(ligand-gated ion channel)를 형성한다.활성화제의 유형은 글루탐산 수용체의 분류를 결정하는데, 이 유전자 코드의 아단위는 AMPA민감형 글루탐산 수용체 가족에 속하며, Gria3 단백질이 RNA편집도 가능하며, 이 유전자에 가변전단점을 가지고 있으면 아형이 다르게 발생하며, 아형마다 신호전도특성에 차이가 있다[1].

 그림1.Glutamatergic pathway (on the left) and gene variants, haplotypes, and chromosome regions positively associated with mood disorders (on the right)  

Gria3와 관련된 질환은 지적 발달 장애,  X-linked syndrome,  type 94 X-linked intellectual disability syndromes이다.Gria3와 관련된 경로는 amphetamine addiction signaling 와 brain-derived neurotrophic factor (BDNF) signaling pathway가 있다.이 유전자와 관련된 GO(Gene Ontology) 주석에는 이온형 글루타메이트 수용체와 AMPA형 글루타메이트 수용체와 관련된 생리활동이 포함되며, Gria3의 중요한 상동인 유전자는 Gria4이다[2].

Gria3 녹아웃 마우스 모델

잡합 녹아웃한 수컷 마우스는 출산 능력이 저하되는 현상을 보인다는 기사가 있다.또 다른 등위 유전자인 수컷 마우스는 열에 대한 감응저하, 약물유도 간질발작에 대한 저항력저하 및 놀람반사저하를 보였다. 순합자 암컷 마우스는 체중저하를 보였다[3].

현재 수컷 설치류의 공격성을 평가하는 두 가지 성숙한 실험은 영토 침입자 실험과 낯선 환경에서 수컷끼리 서로 사교적으로 연구하는 실험으로, 연구진은 이 두 실험을 사용하여 Gria3^-/Y 마우스의 공격성과 관련된 사회적 행동을 평가한다.영지 침입자 실험은 실험쥐와 젊은 낯선 수컷이 쥐를 침범하는 상호 작용을 관찰하기 위해 실험쥐의 영지에서 실시해야 하며,주동적인 공격 행위 (공격) 와 수동적 공격 행위 (꼬리를 흔들다) 및 비공격성 사회행위 (탐지 및 추적) 를 기록해야 한다.WT보다 높은 비율의 Gria3^-/Y 마우스가 공격적인 행동을 보였다(Gria3^-/Y 마우스 76.9%, WT 마우스 14%)(그림 2a).이 밖에도 Gria3^-/Y 마우스의 공격 횟수는 WT 마우스보다 현저히 높았고, 공격 행위 기간도 크게 연장됐으며, Gria3^-/Y 마우스의 첫 공격 잠복기 또한 짧다는 사실이 밝혀졌다 (그림 2b-2d).

그림 2.  Gria3^-/Y 와 WT 는 영토 침입자 실험에서 마우스의 공격성과 비공격성 사회행동에 대한 통계를 대조한다[5].

(a)Gria3^-/Y조(n=13)과 WT조(n=14)에서 공격 행위를 보인 마우스의 비율이 높았다.

(b)Gria3^-/Y와 WT마우스의 공격적 지속시간의 평균값과 표준오차.

(c)Gria3-/Y와 WT마우스의 평균값과 표준오차.

(d)Gria3-/Y와 WT마우스는 잠복기의 평균값과 표준오차를 처음 공격한다.

또 연구진은 마우스와 대조하는 데 익숙하지 않은 개방된 환경에서 수컷끼리 사교적으로 실험을 진행했다.Gria3^-/Y마우스는 WT마우스에 비해 비공격적 사회행위가 크게 증가하였다(그림 3).

그림 3. 낯선 환경에서 수컷끼리 서로 사교적인 실험을 연구한다[5].

WT(n=13)와 Gria3^-/Y(n=14) 마우스는 5분간의 자유인터랙티브 기간 동안 공격적 행동(공격, 꼬리 흔들기, 종합통계)과 비공격적 사회적 행동(탐지, 추적, 종합통계)의 평균 시간과 기준 오차를 보였다. Gria3^-/Y마우스는 WT보다 더 많은 비공격적 사회적 상호작용(t검증, **p<0.01)을 보이는 것으로 나타났다.

연구진은 Gria3 유전자 녹아웃 마우스를 구축하고 알코올 스키너 상자(Skinner box) 실험의 양방향 분산 분석 (유전자형과 단계) 결과 10 단계 중 스키너 상자 실험을 통해 WT 와 Gria3 유전자 녹아웃 마우스가 비슷한 레버 프레스 (pressing response) 횟수 추세를 보인 것으로 나타났다.유전자형과 단계의 상호작용은 통계학적 현저성에 미치지 못하지만 두 마우스가 단계에 따라 30분마다 레버를 누르는 횟수가 일부 단계에서 차이를 보이는 것을 관찰할 수 있다(그림 4A). 실험이 끝난 뒤에도 비슷한 차이를 발견할 수 있다.더 나아가, 연구진은 광원을 도입함으로써 레버의 누름 행위를 강화하였다.두 유전자 사이에 레버를 누르는 행동을 비교하여 WT조에서 레버를 능동적으로 누르는 압력의 증가는 Gria3 유전자에 의해 마우스를 녹아웃하는 것보다 월등히 높다[6].

그림 4. WT 와 Gira3 유전자 녹아웃 마우스 (그룹당 14 마리) 에서 알코올을 실시한 스키너 상자 실험과 실마리는 알코올 갈망 실험을 유도한다[6].

A. 과거 10개의 자기관리 단계에서 각 단계마다 레버의 평균값 및 표준오차를 누르다.

B. 15회의 소광 시험 후 CS+(광선)가 유발하는 각 유전자형은 레버를 누르는 압력의 평균값 및 표준오차이다.

결론

Gria3 유전자에 대한 연구는 주로 행동학 실험 (예: 금단 반응, 공격적인 행동 등) 에 초점을 맞추고 있지만, Gria3 이 통증과 관련된 경로와 관련이 있다는 실험도 있다. 관련 연구 경력이 있는 연구원들은 노벨상의 열을 통해 높은 점수 문장 한 파를 보낼 수 있다.

참고 문헌:

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/2892

2. https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=GRIA3&keywords=gria3

3. http://www.informatics.jax.org/marker/MGI:95810

4. Sousa R D ,  AA  Loch,   Ca Rvalho A F , et al. Genetic Studies on the Tripartite Glutamate Synapse in the Pathophysiology and Therapeutics of Mood Disorders[J]. Neuropsychopharmacology, 2016.

5. Adamczyk A ,  Mejias R ,  Takamiya K , et al. GluA3-deficiency in mice is associated with increased social and aggressive behavior and elevated dopamine in striatum[J]. Behavioural Brain Research, 2012, 229(1):265-272.

6. Sanchis-Segura, C. Involvement of the AMPA receptor GluR-C subunit in alcohol-seeking behavior and relapse.[J]. Journal of Neuroscience the Official Journal of the Society for Neuroscience, 2006, 26(4):1231-8.

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