RGS22 maintains the physiological function of ependymal cells to prevent hydrocephalus.
- 이지우
- 7월 7일
- 3분 분량
Xue Pang1, Lin Gu1, Qiu-Ying Han, Jia-Qing Xing, Ming Zhao, Shao-Yi Huang, Jun-Xi Yi, Jie Pan, Hao Hong Wen Xue, Xue-Qing Zhou, Zhi-Hui Su, Xin-Ran Zhang, Li-Ming Sun, Shao-Zhen Jiang, Dan Luo1,3, Ling Chen1, Zheng-Jie Wang, Yu Yu, Tian Xia, Xue-Min Zhang, Ai-Ling Li1, Tao Zhou, Hong Cai, Tao Li1
Science China Life Sciences, October 10, 2024
Abstract
Ependymal cells line the wall of cerebral ventricles and ensure the unidirectional cerebrospinal fluid (CSF) flow by beating their motile cilia coordinately. The ependymal denudation or ciliary dysfunction causes hydrocephalus. Here, we report that the deficiency of regulator of G-protein signaling 22 (Rgs22) results in severe congenital hydrocephalus in both mice and rats. Interestingly, Rgs22 is specifically expressed in ependymal cells within the brain. Using conditional knock-out mice, we further demonstrate that the deletion of Rgs22 exclusively in nervous system is sufficient to induce hydrocephalus. Mechanistically, we show that Rgs22 deficiency leads to the ependymal denudation and impaired ciliogenesis. This phenomenon can be attributed to the excessive activation of lysophosphatidic acid receptor (LPAR) signaling under Rgs22-/- condition, as the LPAR blockade effectively alleviates hydrocephalus in Rgs22-/- rats. Therefore, our findings unveil a previously unrecognized role of Rgs22 in the central nervous system, and present Rgs22 as a potential diagnostic and therapeutic target for hydrocephalus.
한글초록요약
뇌실을 둘러싸는 뇌실막세포는 섬모 운동을 통해 뇌척수액의 일방향 흐름을 유지함. 본 연구에서는 G-단백질 신호 조절 인자인 Rgs22가 뇌실막세포의 생리적 기능 유지에 핵심 역할을 한다는 사실을 밝혀냄. Rgs22 유전자 결손 마우스 및 랫드 모델에서 자연발생적인 선천성 수두증이 관찰되었고, 이는 뇌실막세포 탈락 및 섬모 형성 장애와 연관되어 있음을 확인함. Rgs22는 뇌 내 뇌실막세포에 특이적으로 발현되며, 그 결손은 LPA 수용체 신호의 과활성화를 유도하였음. Rgs22-/- 랫드에 LPAR1 억제제인 AM095를 투여하자 수두증 증상이 완화되었으며, 이는 Rgs22가 수두증의 진단 및 치료 타겟으로 활용될 수 있음을 시사함
한글논문요약
Introduction : 수두증은 뇌척수액의 과도한 축적으로 인해 뇌실이 확장되고 뇌 조직이 손상되는 질환으로 두통, 시력 장애, 인지 저하 등의 증상을 유발함. 뇌척수액은 맥락얼기에서 생성되어 뇌와 척수강을 따라 순환하며 중추신경계를 보호하는 역할을 함. 이 과정에서 뇌실을 둘러싼 뇌실막세포는 다수의 섬모를 통해 뇌척수액의 흐름을 조절하고, 혈액-뇌척수액 장벽을 형성해 뇌의 항상성을 유지함. 이러한 뇌실막세포의 손상이나 섬모 기능 저하는 뇌척수액 흐름에 장애를 초래해 수두증의 원인이 될 수 있음. 최근 연구에서는 뇌척수액 내 LPA가 뇌실막세포 탈락과 섬모 이상을 유발함으로써 수두증에 관여한다는 보고가 있으며, G단백질 신호를 억제하는 Rgs 단백질이 이 경로를 조절할 가능성이 제기되고 있음. 하여, 본 연구는 G-단백질 신호 조절인자인 Rgs22가 뇌실막세포의 구조적 안정성과 기능 유지에 관여하고, 그 결손이 수두증을 유발하는지를 동물 모델을 통해 규명하고자 함.
Methods : 본 연구는 Rgs22 유전자가 어떤 역할을 하는지, 그리고 수두증과 어떤 관련이 있는지 알아보기 위해 진행되었으며, CRISPR/Cas9을 이용해 랫드와 마우스에서 Rgs22-/- 모델을 제작함. 뇌실이 얼마나 커졌는지는 MRI와 조직 염색으로 확인하였으며, Rgs22 유전자를 특정 뇌세포에서만 없애기 위해 조건부 유전자 결손 마우스를 만들어 여러 종류의 세포에서 실험을 진행함. 뇌실막세포의 모양과 기능은 특수 염색과 주사전자현미경으로 확인했고, 뇌척수액 속 신호 물질인 LPA와 관련 단백질 활성도도 측정함. 이후, 뇌실막세포에 LPA를 처리해 세포 반응 변화를 분석했고, 마지막으로 LPAR1 억제제를 뇌실에 투여해 치료 효과를 MRI로 평가함.
Results : Rgs22 유전자 결손 마우스와 랫드 모델에서 자발적인 선천성 수두증이 유도되었으며, 이는 돔 형태의 두개골 변화와 함께 MRI 상 뇌실의 확장과 뇌척수액의 축적으로 확인됨. 조직학적 분석에서도 측뇌실의 팽창이 명확히 관찰되었고, 생존율 또한 대조군에 비해 유의미하게 감소함. 또한, 면역형광 및 면역조직화학 분석을 통해 Rgs22는 뇌실 내벽의 뇌실막세포에서 특이적으로 발현됨이 확인되었고, 신경계 특이적 조건부 결손 마우스(Nestin-Cre)에서도 동일한 수두증 현상이 확인됨. 반면, GFAP-Cre 모델에서는 부분적인 뇌실 확장만 나타났으며, Syn1-Cre 및 Cx3cr1-Cre 모델에서는 수두증이 유발되지 않았음. Rgs22 결손은 뇌실막세포 탈락 및 섬모 형성 장애를 유도했으며, 주사전자현미경과 Ac-tubulin 염색을 통해 섬모의 소실과 구조 이상이 확인됨. 뇌척수액 내 LPA 농도와 RhoA 활성도는 Rgs22 결손 상태에서 증가하였으며, 일차 배양한 뇌실막세포에서도 F-actin 구조의 이상과 세포 간 결합 손상이 관찰됨. 하여, LPAR1 수용체 억제제인 AM095를 Rgs22−/− 랫드에 투여한 결과 뇌실 확장이 유의미하게 완화되었고, 이는 수두증의 병태생리에 LPAR1 신호 경로가 핵심적으로 작용함을 시사함. 이러한 결과는 Rgs22가 뇌실막세포의 구조적 안정성과 기능 유지에 필수적이며, 수두증 치료 타겟으로 활용될 수 있음을 보여줌.
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