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Title Page

Contents

I. Introduction 6

II. Experiment 8

1. Materials 8

2. Methods 8

1) Chromatographic separation analysis 8

2) Drosophila AD model 9

3) Analysis of Drosophila development 10

4) Climbing assay 10

5) Acridine orange staining 11

6) APPswe/PS1dE9 transgenic AD mouse model 11

7) Step-through passive-avoidance test 12

8) Morris water maze test 13

9) Forced swimming test 14

10) Tail suspension test 14

11) Corticosterone levels 15

12) mRNA sequencing 15

13) RNA preparation and quantitative real-time reverse transcription-polymerase chain reaction 16

14) Data analysis 17

15) Trimming, alignment, and expression analysis 17

16) Differential expression analysis 18

17) Gene set enrichment analysis 18

III. Results 19

1. UPLC-UV and ESI-MS analysis of the SIP3 19

2. SIP3 Exerts with donepezil ameliorated Aβ42-induced neurological phenotypes of Drosophila AD models 21

3. Changes of SIP3 with donepezil intake on body weight in APP/PS1 mice 24

4. Treatment with a combination of SIP3 and donepezil improves learning and memory in the late stage of AD 27

5. Administration of SIP3L and donepezil significantly improves the cognitive abilities of APP/PS1 mice 30

6. SIP3 and donepezil co-administration improves depression in APP/PS1 mice 33

7. PCA analysis of behavioral analysis in APP/PS1 mice 36

8. Deep sequencing identified changes in the transcriptome of the SIP3L mice 38

9. Deep sequencing identified changes in the genes belonging to the gene ontology (GO) terms and Kyoto Encyclopedia of the SIP3L APPP/PS1 mice 41

10. Validation of differentially expressed genes identified by deep sequencing by qRT-PCR 43

IV. Discussion 45

V. Conclusion 50

References 52

국문 초록 62

초록보기

 배경: 알츠하이머병은 신경 전달 물질인 아세틸콜린의 결핍과 관련된 진행성 신경 퇴행성 질환이다. 현재 도네페질과 같은 많은 아세틸콜린 에스테라제 억제제가 알츠하이머병의 치료에 널리 사용되고 있지만 장기간 도네페질 사용의 효능은 제한적이다. SIP3은 3가지 한약재 추출물(백단향(Santalum album), 원지(Polygala tenuifolia), 팔각회향(Illicium verum))의 혼합물이다. 동의보감에 따르면 이러한 약재들이 기억력 저하와 치매 치료에 사용되고 있다.

연구목표: 본 연구는 알츠하이머병의 동물모델에서 도네페질 단독투여와 SIP3과 도네페질의 병용투여의 잠재적 치료 효능을 비교하고 평가하는 것이다.

실험방법 및 재료: SIP3 약재 지표는 HPLC-UV-MS로 분석하였고. 알츠하이머병 초파리모델에서 SIP3과 도네페질의 병용투여에 의한 생존율, 세포사멸 및 운동능력을 측정하고, APPswe/PS1dE9(APP/PS1) 형질 전환 마우스 동물모델에서는 장기 기억을 측정하는 수동회피 실험(Passive-avoidance test)을 매월에 한번씩 6개월 측정하였고, 기억 및 인지능력을 검사하는 수중 미로(Morris water maze test), 우울증을 측정하는 강제수영법(Forced swimming test)과 꼬리 현수법(Tail suspension test)은 SIP3을 6개월 투입 후 측정하였고, 실험 종료 후, 동물을 희생 시켜 뇌조직에서 mRNA의 차세대염기서열 변화를 분석 하였다.

결과: 알츠하이머병 초파리모델에서 SIP3과 도네페질의 병용투여에 의하여 생존율이 증가하고, 세포사멸을 억제하고, 운동능력이 향상 되는 것을 확인하였다. APP/PS1 형질 전환 마우스 동물모델에서 기억력을 테스트 한 결과 도네페질만 섭취한군은 1개월 섭취 시 부터 기억력이 증가하고, 2개월 섭취 시 가장 좋은 기억력을 보여주었고, 4개월까지 기억력의 향상을 유지 하지만 5개월 때 부터는 효능이 감소되었다. SIP3은 2개월 섭취 시 부터 기억력이 증가하였고, 4개월과 5개월에 기억력 향상 효능이 가장 높았고, 6개월까지도 기억력 향상이 유지되지만 서서히 감소되는 것을 확인하였다. SIP3을 6개월 투여 후 인지기능을 수중미로 검사로 측정한 결과 도네페질에서는 효능이 없었고, SIP3에서는 유의성 있게 인지능력이 향상 된 것을 확인하였다. mRNA 차세대염기서열 분석은 실험 동물의 대뇌피질에서 분석 하였고. SIP3L 그룹에서 유전자 ontology(GO) terms, "locomotory behavior", "neuropeptide signaling pathway", "visual learning" 과 "response to calcium ion"에 속하는 유전자 발현이 가장 많이 변경된 것을 확인하였고, 추가로 Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG) pathways에서 calcium signaling pathway (mmu05032), neuroactive ligand-receptor interaction(mmu04080)과 dopaminergic synapse(mmu04728) 같은 신호 경로가 SIP3L 처리에 영향을 가장 많이 받았다.

결론: SIP3과 도네페질의 병용투여가 알츠하이머병 동물모델에서 기억력과 학습 능력을 향상시키고, 비정상적으로 표현된 유전자들을 회복시킴으로써 양한방 병용 치료의 후보 물질임을 시사한다.