Pentylenetetrazol kindling에 의한 백서 해마의 c-fos mRNA 발현

Abstract

Kindling, induced by repeated subconvulsive electrical or chemical stimulations, leads to progressive and permanent amplification of seizure activity, resulting in permanent brain changes. It is a good animal model of epilepsy and neural plasticity. C-fos has been proposed as the gene responsible for turning on molecular events for these permanent brain changes underlying epilepsy and neural plasticity. But the role of c-fos in the development of kindling is controversial. This study was undertaken to investigate the role of c-fos mRNA in the plastic changes underlying kindling. Among 66 adult male Sprague-Dawley rats, 29 rats were kindled by repeated administrations of subconvulsive doses (IS-25 mg/kg) of pentylenetetrazol (PTZ) , 25 rats experienced convulsions induced by a single injection of convulsive dose(30-60 mg/kg) of PTZ, and 12 rats experienced convulsions by a single electroconvulsive shock (ECS) , Twelve control rats received normal saline only. Animals were sacrificed at various seizure stages. C-fos mRNA levels in the hippocampus were quantified using slot-blot hybridization analysis. In the experiment of PTZ kindling, c-fos mRNA expression 30 min after convulsion was elevated about 2-4 times at stage 1, 2 and 5, but wasn't increased at stage 3 and 4, compared with controls. C-fos mRNA expression 60 min after convulsion was elevated about 2 times at stage 1 and 5, but wasn't increased at stage 2, 3 and 4. In the experiment of PTZ-induced seizures, c-fos mRNA expression 30 min after convulsion was elevated 2.5, 2.2 and 6 times stage 1-2, 3-4, and 5, respectively. C-fos mRNA expression 60 min after convulsion was elevated 3.6 times at stage 3-4, but wasn't increased at stage 2 and 5. In the experiment of ECB-induced seizures, c-fos mRNA expression 1 min after mild convulsion was elevated 3,3 times, but wasn't increased generalized tonic-clonic seizure. C-fos mRNA expression 60 min after convulsion wasn't increased at any stage of convulsion. These results show that c-fos mRNA levels have no meaningful relationship with the stages of PTZ kindling, and PTZ or ECS-induced seizures, and that c-fos mRNA does not seem to play the crucial role in turning on a molecular program underlying kindling.

전신성 간질의 모형인 pentylenetetrazol(PTZ) kindling 동물 모형에서 PTZ kindling에 의한 신경계 가소성과 c-fos mRNA 발현사이의 상관관계를 알아보기 위하여 백서의 해마에서 PTZ kindling의 발달단계에 따른 c-fos mRNA의 발현양상을 관찰하였다. Sprague-Dawley종 백서를 대상으로 29마리는 15-25mg/kg의 PTZ을 2-3일 간격으로 복강내 주사하여 PTZ kindling을 형성하였고, 25마리는 30-60mg/kg의 PTZ를 일회 복강내 주사하여 PTZ 발작을 유발하였으며, 12마리는 양측 귀에 연결된 전극을 통하여 electroconvulsive shock(ECS) 자극을 가하여 발작을 유발하였다. 발작 양상을 관찰하여 각 단계별 발작을 보이는 경우 30 및 60분 경과후에 단두하여 희생시킨 다음 뇌를 적출하였다. 대조군 12마리는 0.9% 생리식염수를 복강내에 주사하였으며 주사하고 나서 30 및 60분 후에 실험군과 같은 방법으로 뇌를 적출하였다. 적출한 뇌의 해마조직에서 RNA를 분리하여 slot-blot hybridization 방법으로 c-fos mRNA를 정량하였다. PTZ kindling에서 c-fos mRNA의 발현유도는 발작 30분 후에 대조군에 비하여 제 1, 2 및 5단계 발작에서 약 2-4배 증가되었으며 제 3, 4단계 발작에서는 대조군과 비슷하였고, 발작 60분 후에 c-fos mRNA의 발현은 제 1, 5단계 발작에서 약 2배 증가되었으며 제 2, 3 및 4단계 발작에서는 대조군과 비슷하였다. PTZ 유발발작에 의한 단계별 c-fos mRNA의 발현은 발작 30분 후에 제 1-2단계에서 대조군에 비하여 2.5배, 제 3-4단계에서 2.2배 및 제 5단계에서 약 6배 각각 증가되었다. 발작 60분 후에는 제 3-4단계에서 3.6배 증가되었고 제 1-2 및 5단계에서는 대조군과 비슷하였다. ECS 유발발작에서 c-fos mRNA의 발현은 가벼운 발작 및 놀라는 상태 30분 후에 대조군에 비하여 3.3배 증가되었으나 전신성 긴장성 간대성 발작에서는 대조군과 비슷하였다. 발작 60분 후에는 가벼운 발작 및 전신성 긴장성 간대성 발작 모두에서 c-fos mRNA의 발현 증가가 없었다. 이러한 결과는 PTZ kindling, PTZ 혹은 ECS 유발발작과 c-fos mRNA의 발현 사이에 의미있는 상관관계가 없다는 것을 시사한다. 그러므로 PTZ kindling 후에 보이는 c-fos mRNA의 발현증가는 신경세포의 비특이적인 활성화일 뿐이며 kindling의 발달기전에 반드시 필요한 master switch와 같은 중요한 역할을 하지는 않는다고 할 수 있다.