'흥분'의 스위치——Gria3
이번 주에는 한 마우스 모델에 대한 이야기를 들려드리니 서로 다른 마우스 모델에 대해 알아보는 데 도움이 되었으면 합니다. 오늘 우리가 이야기할 주인공은 Gria3 유전자 녹아웃 마우스입니다.
Gria3 유전자
글루탐산(glutamic acid) 수용체는 포유동물의 뇌에서 주로 흥분성 신경전달물질 수용체로 각종 정상적인 신경생리 과정에서 활성화됩니다. 이 수용체들은 여러 개의 아단위로 헤테로머단백질복합체(Heteromer protein complex)를 이루며, 복합체 배열은 리간드의존성 이온통로(ligand-gated ion channel)를 형성합니다. 활성화제의 유형은 글루탐산 수용체의 분류를 결정하는데, 이 유전자가 코딩하는 아단위는 AMPA 민감형 글루탐산 수용체 가족에 속하며, Gria3 단백질은 RNA 편집도 가능합니다. 이 유전자에 가변전단점이 있으면 아형이 다르게 발생하며, 아형마다 신호전도 특성에 차이가 있습니다[1].
그림 1. Glutamatergic pathway (왼쪽)과 기분 장애와 양의 상관관계가 있는 유전자 변이, 일배체형 및 염색체 영역(오른쪽)
Gria3와 관련된 질환은 지적 발달 장애, X-linked syndrome, type 94 X-linked intellectual disability syndromes입니다. Gria3와 관련된 경로로는 amphetamine addiction signaling과 brain-derived neurotrophic factor (BDNF) signaling pathway가 있습니다. 이 유전자와 관련된 GO(Gene Ontology) 주석에는 이온형 글루타메이트 수용체와 AMPA형 글루타메이트 수용체와 관련된 생리활동이 포함되며, Gria3의 중요한 상동 유전자는 Gria4입니다[2].
Gria3 녹아웃 마우스 모델
잡합 녹아웃한 수컷 마우스는 출산 능력이 저하되는 현상을 보인다는 보고가 있습니다. 또 다른 등위 유전자를 가진 수컷 마우스는 열에 대한 감응 저하, 약물유도 간질발작에 대한 저항력 저하 및 놀람반사 저하를 보였습니다. 순합자 암컷 마우스는 체중 저하를 보였습니다[3].
현재 수컷 설치류의 공격성을 평가하는 두 가지 성숙한 실험으로는 영토 침입자 실험과 낯선 환경에서 수컷끼리 사교적 상호작용을 연구하는 실험이 있습니다. 연구진은 이 두 실험을 사용하여 Gria3-/Y 마우스의 공격성과 관련된 사회적 행동을 평가했습니다. 영토 침입자 실험은 실험쥐의 영역에서 실험쥐와 젊은 낯선 수컷 침입 쥐의 상호작용을 관찰하는 방식으로 진행하며, 주동적인 공격 행위(공격)와 수동적 공격 행위(꼬리 흔들기) 및 비공격성 사회행위(탐지 및 추적)를 기록합니다. WT보다 높은 비율의 Gria3-/Y 마우스가 공격적인 행동을 보였습니다(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 연장되었으며, Gria3-/Y 마우스의 첫 공격 잠복기 또한 짧다는 사실이 밝혀졌습니다(그림 2b-2d).
그림 2. Gria3-/Y와 WT 마우스의 영토 침입자 실험에서 공격성과 비공격성 사회행동에 대한 비교 통계[5]
(a) Gria3-/Y 그룹(n=13)과 WT 그룹(n=14)에서 공격 행위를 보인 마우스의 비율
(b) Gria3-/Y와 WT 마우스의 공격 지속시간의 평균값과 표준오차
(c) Gria3-/Y와 WT 마우스의 공격 횟수 평균값과 표준오차
(d) Gria3-/Y와 WT 마우스의 첫 공격 잠복기 평균값과 표준오차
또 연구진은 마우스에게 익숙하지 않은 개방된 환경에서 수컷끼리 사교적 상호작용 실험을 진행했습니다. Gria3-/Y 마우스는 WT 마우스에 비해 비공격적 사회행위가 크게 증가하였습니다(그림 3).
그림 3. 낯선 환경에서 수컷끼리 사교적 상호작용 실험 결과[5]
WT(n=13)와 Gria3-/Y(n=14) 마우스는 5분간의 자유 상호작용 기간 동안 공격적 행동(공격, 꼬리 흔들기, 종합통계)과 비공격적 사회적 행동(탐지, 추적, 종합통계)의 평균 시간과 표준 오차를 보였습니다. Gria3-/Y 마우스는 WT보다 더 많은 비공격적 사회적 상호작용(t검증, **p<0.01)을 보이는 것으로 나타났습니다.
연구진은 Gria3 유전자 녹아웃 마우스를 구축하고 알코올 스키너 상자(Skinner box) 실험의 양방향 분산 분석(유전자형과 단계) 결과, 10단계의 스키너 상자 실험에서 WT와 Gria3 유전자 녹아웃 마우스가 비슷한 레버 프레스(pressing response) 횟수 추세를 보인 것으로 나타났습니다. 유전자형과 단계의 상호작용은 통계학적 유의성에 미치지 못하지만 두 마우스가 단계에 따라 30분마다 레버를 누르는 횟수가 일부 단계에서 차이를 보이는 것을 관찰할 수 있습니다(그림 4A). 실험이 끝난 뒤에도 비슷한 차이를 발견할 수 있습니다. 더 나아가, 연구진은 광원을 도입함으로써 레버 누름 행위를 강화하였습니다. 두 유전자형 간 레버 누름 행동을 비교한 결과, WT 그룹에서 레버를 능동적으로 누르는 반응의 증가는 Gria3 유전자 녹아웃 마우스보다 월등히 높았습니다[6].
그림 4. WT와 Gria3 유전자 녹아웃 마우스(그룹당 14마리)의 알코올 스키너 상자 실험 및 알코올 갈망 유도 실험 결과[6]
A. 10단계의 자기관리 단계에서 각 단계마다 레버 누름 횟수의 평균값 및 표준오차
B. 15회의 소광 시험 후 CS+(광선)가 유발하는 각 유전자형의 레버 누름 반응 평균값 및 표준오차
결론
Gria3 유전자에 대한 연구는 주로 행동학 실험(예: 금단 반응, 공격적인 행동 등)에 초점을 맞추고 있지만, Gria3이 통증과 관련된 경로와 연관되어 있다는 실험 결과도 있습니다. 관련 연구 경험이 있는 연구자들의 다양한 연구 성과를 기대합니다.
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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