유전자는 많은 인간 질병의 내부 요인입니다. 병 관련 유전자에 대한 연구는 생명의학 연구분야의 주요 추세입니다. 질병 관련 유전자에 대한 연구와 이러한 유전자의 일반적인 상황을 빠르게 이해하는 방법은 무엇입니까? 수많은 문헌들을 일일이 찾아 검색하고 선별하려면 시간 낭비, 인력 낭비가 됩니다. 연구자에게 매주 한가지 유전자를 신속하게 파악할 수 있도록 Cyagen 칼럼 “Gene of the Week”는 매주 한가지 유전자를 소개해 드리오니 많은 관심 부탁드립니다. 오늘의 주인공은 SNCA 유전자입니다.
유전자 기본 정보
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Species |
Human |
Mouse |
Rat |
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Chromosome |
4 |
6 |
4 |
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Full Length (bp) |
114,226 |
98,283 |
100,825 |
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mRNA (nt) |
3,177 |
1,304 |
1,145 |
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Numbers of exons |
13 |
7 |
8 |
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Numbers of amino acids |
140 |
140 |
14 |
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Gene Family |
SNCB, SNCG |
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Cyagen Mouse Models |
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Status |
Custom |
Catalog Models |
Live Mice |
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Knockout (KO) |
√ |
√ |
|
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Conditional Knockout (cKO) |
√ |
√ |
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비고: √로 체크된 것은 Cyagen AI Knock-Out Mouse Model eBank에서 이용할 수 있는 해당 모델을 나타낸다.
SNCA 유전자 연구 상황
SNCA 유전자가 코딩한 알파 시누클레인 가족에는 또 β-와 γ-시누클레인도 포함되며, 알파 시누클레인은 뇌조직 중에서 대량으로 발현된다. 해당 단백질은 포스폴리파아제(phospholipase) D2를 선택적으로 억제하고 칼슘이온 통로와 결합할 수 있다. 알파 시누클레인은 또 시냅스 전 신호와 막수송을 통합하는데 사용되며, 구체적인 기능은 시냅스소포 수송을 조절하고 소포 중의 신경전달 방출을 억제하는 것이다. 하지만 알파 시누클레인은 자체 또는 뇌부 환경의 이상 집결로 인해 plaque(루이소체)가 형성되어 신경원과 뇌조직의 정상적인 기능에 영향을 줄 수 있다. SNCA 유전자의 결함은 파킨슨병의 발병 매커니즘과 밀접한 관계가 있다. 알츠하이머병에도 해당 단백질의 과도한 축적이 존재할 가능성이 있다.
그림1. 알파 시누클레인의 병원성 가설. 집결된 알파 시누클레인은 통로를 형성해 세포막의 투과성을 변화시킬수 있다. 또한 미토콘드리온 또는 소포체에 들어가 정상적인 기능에 영향줄 수 있다. 세포 내용물에 대한 분해 경로, 예를 하면 리소좀과 자가포식 소체의 형성에 대해서도 불리한 영향을 줄 수 있다.
doi: 10.3389/fnins.2016.00408.
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명칭 |
A30P/A53T(Tg) |
A53T (Tg) |
A53T (Tg) on SNCA KO |
KO |
KO (Conditional) |
Thyl-aSyn "Line 61" |
E46K Rat (BAC Tg) |
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유전적 배경 |
C57/BL6 |
C57BL6/J |
129S6/SvEvTac |
129/SvEvTac |
C57BL/6J |
(C57BL/6 x DBA/2)F1 |
Sprague-Dawley |
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Gene Modification |
SNCA: Tg
A30P와 A53T 두 개 돌연변이를 가진다. 선택한 랫드 티로신 수산화효소(TH) 프로모터(promoter)의 길이는 9kb이다. |
SNCA: Tg
A53T를가진 인간 알파 시누클레인 프로모터(promoter)는 마우스 PrP이다. |
SNCA: Tg & KO 도입한 PAC 중에 A53T 돌연변이를 가진 인간 SNCA 및 그것의 업스트림 34kb의 서열. 녹아웃 마우스의 Snca 유전자의 4번째와 5번째 엑손은 네오마이신 내성유전자에 의해 대체된다. |
SNCA: KO 녹아웃 마우스의 Snca 유전자상의 제4번과 제5번 엑손은 네오마이신 내성유전자에 의해 대체된다. |
SNCA: CKO 두개의 LoxP 위치는 2번 액손 양쪽에 위치하여 있으며, 3단 LoxP 다운스트림에 또 한개의 네오마이신 내성유전자가 있다. |
SNCA: Tg 마우스 Thy1 프로모터(promoter)가 유도한 인간 야생형 SNCA 발현 |
SNCA: Tg BAC를 통해 E46K 돌연변이를 포함한 SNCAo를 도입 |
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병리 표현형 |
8개월 후 흑질 치밀부 도파민작동성 뉴런의 진행성 사망이 관찰된다. 알파 시누클레인 혼합물이 없으며, 축삭돌기와 수상돌기 이상을 포함한 도파민 시스템의 형태학 이상이 없다. 선조체 내의 도파민 농도가 감소되지 않았다. |
현저한 신경원 상실이 없고, 선조체, 흑질과 측좌핵에 도파민 관련 단백질 변화가 없다. (세동성진전-핵단백), 유비퀴틴과 신경미세섬유H의 구역 특이성 신경원이 축적되고, 성상세포가 증가한다. |
18개월때 흑질에 도파민 신경원 상실이 없다. 노인 해마에게서 보기 드문 영양불량 시냅스가 나타났으나 뇌 안에서 루이소체 병변 또는 시냅스 집결이 발견되지 않았다. 선조체 도파민 농도는 변화 없다. |
현저한 뇌 이상이 없다없다. 전자현미경에서 해마 신경원 시냅스소포 이상이 나타난다. 즉, 예비 소포가 감소된다. |
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현저한 뇌 이상이 없고, 전자현미경에 해마 신경원 시냅소포 이상이 나타난다. 현저한 신경원 상실이 없다. 대뇌에 미만성 염색과 세포내 집결 형식으로 집결된 돌연변이체-폴리솜. 집결물은 주요하게 흑질과 복측피개영역 도파민 신경원에 한정된다. 도파민 신경원 내의 니트로티로신이 상승하였다. |
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행위/인지 |
갓 성년 기간에 야생형보다 활약적이다가 활약도가 점차 야생형보다 적어진다. 터치 스크린 실험 결과, 동물의 운동 협응이 나이가 들면서 저하된다. |
초기에 과도하게 활약적이다가 나이가 들면서 심각한 운동장애가 나타난다. 주요하게 동작이 느리고, 몸이 흔들거리고, 자발적 운동 행위 감소로 나타나며 최종적으로 반신불수, 심지어 사망에 이른다. Barnes maze의 평가에 따르면, 11-12개월때 공간기억이 손상된다. |
rotarod test에서 운동능력이 손상되고, 오픈필드 실험에서 자발적 운동 감소가 나타난다. |
행위는 기본상 정상적이다. rotarod test에서 신체 운동활동의 미세한 차이(예를 들면 양육행위의 감소)가 나타났으나 전반적으로 정상이다. 학습능력과 기억능력은 손상이 없으며, 일부 초조함과 비슷한 표현형이 나타난다.
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현저한 행위 변화가 없고, 저용량 로테논을 투여 시 랫드에게 운동이 느리고 자세가 불안정하고 경직되는 현상이 나타난다. |
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기타 표현형 |
야생형과의 체중 차이가 발견되지 않았다. |
성 성숙 전에 사망. 해마 시냅스 기능 결함 |
대소변량 감소, 결장 운동 감소, 장 전체 수송시간 연장. 체중 차이 없다. 후각 장애 없다. 심장박동의 자주적 조절 차이 없다. |
미세아교세포 이상: 대뇌속의 카이디올리핀 함량 감소. 미토콘드리온 이상. |
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생존, 번식 가능하다. |
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최초 발표 논문 |
Richfield et al.. 2002 |
Lee et al.. 2002 |
Cabin et al.. 2002 |
Cabin et al.. 2002 |
Ninkina et al., 2015 |
Rockenstein et al., 2002 |
Cannon et al., 2013 |
표1. 흔히 사용하는 SNCA 동물모델, 그중 마우스 모델 6종, 랫드 모델 1종, 유전자 변형 모델 5종, KO 또는 CKO 모델 2종이다. 유전자 변형 모델 중 한가지는 마우스의 기존 Snca 유전자를 녹아웃하여 얻은 것이다.
인간 조직에서 SNCA 유전자의 발현
그림3: 인간과 마우스의 SNCA 유전자 mRNA 상대 발현량. 뇌조직에서 SNCA 유전자의 발현은 기타 조직에 비해 현저하게 높으며, 마우스에서의 발현량이 2위인 비장은 뇌 발현량의 1/4에 불과함. 인간에서의 발현량 2위인 난소는 뇌조직의 1/14에 불과하며, 나머지 기관 조직에서의 발현수준은 비교적 낮다 (같은 종을 내부 비교해야 하며, 마우스와 인간 사이에는 비교성이 없다). 정보 출처: NCBI.
정확한 동물 모델을 개발하는 것은 신경 퇴행성 질환 메커니즘 및 잠재적인 치료 접근법에 대한 핵심 정보를 연구원에게 제공할 수 있어 신경 퇴행성 질환에 대한 효율적인 약물 개발을 지원합니다. 연구 요구 사항을 보다 잘 충족시키기 위해 Cyagen은 현재 in vivo(동물) 및 in vitro(세포) 실험 모델을 모두 제공하고 있으며 신경 과학 연구를 위한 실험 모델을 제작하기 위한 연구 모델 지원 서비스를 제공합니다.
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References:
1. Deng H, Yuan L. Genetic variants and animal models in SNCA and Parkinson disease. Ageing Res Rev. 2014 May;15:161-76. doi: 10.1016/j.arr.2014.04.002. Epub 2014 Apr 21. PMID: 24768741.
2. Vekrellis K, Xilouri M, Emmanouilidou E, Rideout HJ, Stefanis L. Pathological roles of α-synuclein in neurological disorders. Lancet Neurol. 2011 Nov;10(11):1015-25.doi: 10.1016/S1474-4422(11)70213-7. Erratum in: Lancet Neurol. 2011 Dec;10(12):1041. PMID: 22014436.
3. Auluck PK, Caraveo G, Lindquist S. α-Synuclein: membrane interactions and toxicity in Parkinson's disease. Annu Rev Cell Dev Biol. 2010;26:211-33. doi: 10.1146/annurev.cellbio.042308.113313. PMID: 20500090.
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