Interaction between coxsackievirus B3 infection and α-synuclein in Parkinson’s disease
초록/요약
Parkinson's disease (PD) is one of the most common neurodegenerative disease. PD is pathologically characterized by the death of midbrain dopaminergic neurons and the accumulation of intracellular protein inclusions called Lewy bodies or Lewy neurites. The major component of Lewy bodies is α-synuclein (α-syn). Prion-like propagation of α-syn has emerged as a novel mechanism in the progression of PD. This mechanism has been investigated to reveal factors that initiate Lewy pathology with the aim of preventing further progression of PD. Here, I demonstrate that coxsackievirus B3 (CVB3) infection can induce α-syn-associated inclusion body formation in neurons as a trigger. The inclusion bodies contained clustered organelles, including damaged mitochondria with α-syn fibrils. α-Syn overexpression accelerated inclusion body formation and induced more concentric inclusion bodies. In brains from CVB3 infected mice, α-syn aggregates in the cell body of midbrain neurons were observed. Additionally, α-syn overexpression favored CVB3 replication and related cytotoxicity. α-Syn transgenic mice had a low survival rate, enhanced CVB3 replication, and further neuronal cell death, including dopaminergic neurons in the substantia nigra. These results may be due to the different usage of autophagy between CVB3 and α-syn. This study elucidated the mechanism of Lewy body formation and the pathogenesis of PD associated with CVB3 infection.
more초록/요약
파킨슨병은 가장 흔한 퇴행성 뇌질환의 하나이며 병리학적으로 중뇌의 도파민 신경세포의 사멸과 루이소체 혹은 루이 신경돌기(neurites)라 불리는 세포내 봉입소체 (inclusion body)의 축적을 특징으로 한다. 알파 시누클레인 (α-synuclein)은 루이소체를 구성하는 주된 단백질 중 하나이며 알파 시누클레인의 프리온 유사 전파 (Prion-like propagation)는 파킨슨병의 진행을 설명할 수 있는 새로운 기전으로 주목받고 있다. 이를 통해 루이 병리 (Lewy pathology)를 시작하는 인자를 밝혀내어 파킨슨 병의 진행을 막고자 하는 연구가 이루어 지고 있다. 본 연구에서는 콕사키 바이러스 B3에 감염된 신경세포가 알파 시누클레인 관련 봉입소체의 형성에 있어 유발자 역할을 한다는 것을 확인하였다. 이렇게 형성된 봉입체는 알파 시뉴클레인을 포함하고 있었으며 손상된 미토콘드리아를 포함한 다양한 기관소체들의 군집체임을 알 수 있었다. 과발현된 알파 시누클레인은 봉입소체의 형성을 가속화하였을 뿐만 아니라 더욱 응집된 봉입체를 형성하도록 하였다. 콕사키 바이러스 B3에 감염된 마우스의 중뇌에서도 알파 시누클레인 무리(aggregate)들이 관찰되었다. 또한 알파 시누클레인이 과발현된 신경세포에서는 콕사키 바이러스 B3의 복제가 증가하였고 이로 인한 신경 세포독성 역시 증가하였다. 알파 시누클레인을 과발현하고 있는 마우스에서는 콕사키 바이러스B3에 의한 치명률이 정상군 (wild type)에 비해 더 높게 관찰되었으며 뇌실질내 더 많은 콕사키 바이러스B3의 복제가 일어나고 있음을 확인했다. 더 나아가 흑색질의 도파민 신경세포를 포함한 더 많은 신경세포의 사멸도 관찰되었는데 이는 알파 시누클레인에 의해 증가한 autophagy flux를 콕사키 바이러스B3가 이용하여 더 용이하게 복제했기 때문인 것으로 생각된다. 본 연구는 루이소체 형성의 새로운 기전을 제시함으로써 바이러스 감염에 의해 파킨슨 병이 발병할 수 있다는 가능성을 제시하고 있다는 점에서 의미가 있겠다.
more목차
Ⅰ. INTRODUCTION 1
A. Parkinson's disease 1
B. Prion-like propagation of α-syn in PD 1
C. Virus infection as a risk factor for PD 2
D. Coxsackievirus B3 3
E. Virus infection and protein aggregation in neurodegenerative disease 3
F. Aims 4
Ⅱ. MATERIALS AND METHODS 5
A. Antibodies and Reagents 5
B. Animals 5
C. Cell culture 6
D. Infection of coxsackievirus B3 (CVB3) 7
E. Tissue preparation 7
F. Immunocytochemistry (ICC) 8
G. Western blot 8
H. Reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) 9
I. Transmission electron microscopy (TEM) 10
J. Mitochondrial analysis 10
K. Cytotoxicity assay 11
L. Flow cytometry 11
M. Immunohistochemistry (IHC) 12
N. Evans Blue Dye Staining of CVB3 infected mice hearts 12
O. Cell density analysis 12
P. Transcriptome data and gene expression analysis 13
Q. Network analysis 14
R. Statistical analysis 14
Ⅲ. RESULTS 15
A. Effects of CVB3 on α-syn 15
1. CVB3 infection regulates α-syn expression in neurons 15
2. CVB3 infection induces Lewy body-like inclusion body formation in neurons 22
B. Effects of α-syn on CVB3 29
1. α-Syn regulates the maturation of LB-like inclusion body induced by CVB3 29
2. α-Syn regulates the replication of CVB3 in neurons 34
C. Mechanism of interaction between CVB3 and α-Syn 38
1. CVB3 and α-syn differentially regulate autophagic activity 38
D. Interaction between CVB3 and α-Syn in in vivo 44
1. α-Syn regulates the replication of CVB3 in the mouse brain 44
2. CVB3 induces the formation of α-syn inclusions in the mouse brain 56
Ⅳ. DISCUSSION 59
Ⅴ. CONCLUSIONS 71
REFERENCES 73
국문요약 87
