Oxidative Stress and HSP70 Expression Upon Cerebral Isehemia-Reperfusion in Mongolian Gerbil

모래쥐에서 뇌의 허혈/재관류에 의한 산화성 스트레스 형성과 HSP70의 발현

A critical role of oxygen-derived free radicals has been implicated in ischemia/reperfusion (I/R)-induced brain damage. In this study, we have produced experimental I/R to the brains of Mongolian gerbil (Meriones unguiculatus) by a transient occlusion and release of the common carotid arteries. We have attempted to determine whether the oxidative stress is generated upon I/R and whether this oxidative stress is linked to the cell damage. Since hippocampus has been suggested as one of the most vulnerable regions of the brain to the oxidative stress, we analyzed samples from hippocampus in comparison with those from cortex. In addition, we have examined the expression of heat shock protein 70kD species (HSP70) in these regions in order to evaluate a possible role of this protein in I/R-induced brain damage. To determine whether the oxidative stress is produced upon I/R, we measured the glutathione oxidation, GSSG/ (GSH + 2xGSSG), as an index of oxidative stress. We found an increase of the glutathione oxidation primarily in hippocampus upon I/R. To determine whether this oxidative stress is linked to the cell damage, we measured the degree of lipid peroxidation upon I/R. We found an increase of lipid peroxidation in both regions. However, the magnitude of increases was greater in hippocampus than in cortex. In addition, we found that changes in both the magnitude and the temporal patterns of glutathione oxidation closely correlated with those of lipid peroxidation. Our study provides biochemical evidences that the oxidative stress is generated upon I/R and this oxidative stress is linked to the oxidative cell damage. Our study also provides evidences that the degree of oxidative stress as well as oxidative cell damage is greater in hippocampus than in cortex. We could not find difference in the basal level of HSP70 expression between hippocampus and cortex, indicating that the intrinsic vulnerability of hippocampus cannot be explained by the lower level of HSP70 expression. We did find, however, that the induction of HSP70 expression upon I/R was impaired in the hippocampus. This impairment appeared to be at the transcriptional level. These results suggest that the measurement of HSP70 induction may be employed as a useful predictor of differential cellular susceptibilities to the I/R-induced brain damage.

허혈/재관류 뇌손상에서 활성산소류의 역할이 중요시되고 있다. 본 연구에서는 모래쥐의 총경동맥을 묶었다 풀어줌으로써 실험적 허혈/재관류 손상을 유도하고 산화성 스트레스 발생 유무와 이러한 산화성 스트레스가 세포손상으로 연결되는지를 알아보고자 하였다. 해마는 뇌조직 중에서도 특히 산화성 스트레스에 취약한 부분이므로 해마에서 얻은 조직을 대뇌피질에서 얻은 조직과 비교분석하였다. 또한, 이들 부위에서 heat shock protein 70(HSP70)의 발현이 허혈/재관류 손상에 미치는 영향도 검색하고자 하였다. 허혈/재관류에 의한 산화성 스트레스의 지표로써 글루타치온 산화정도, GSSG/(GSH+2xGSSG)를 측정하였을 때 주로 해마에서 산화지표가 상승됨을 관찰하였다. 한편 산화성 스트레스가 세포손상으로 연결되는지를 알아보고자 지질과산화물을 측정하였다. 두 부위 모두에서 지질과산화물 형성의 증가가 있었으며 대뇌피질에서보다 해마에서 더 증가됨을 알 수 있었다. 지질과산화물 형성의 정도나 시간적 변화양상이 글루타치온 산화의 그것들과 유사하였다. 이러한 결과들은 허혈/재관류에 의해 산화성 스트레스가 형성되며 동시에 이러한 산화성 스트레스가 세포 손상을 초래함을 보여준다. 또한 산화성 스트레스 및 산화성 세포손상 정도가 대뇌피질보다는 해마에서 더 큰 것을 알 수 있었다. 그러나, 피질과 해마에서 HSP70의 기초발현(basal level) 정도는 차이가 없었다. 이는 해마의 취약성이 HSP70 발현 결핍에 기인하지 않았음을 나타낸다. 반면 허혈/재관류에 의한 HSP70의 발현유도는 해마조직에서 제대로 이주어지지 않았고 northern blot결과 이는 전사단계에서의 부친에 의한 것으로 나타났다. 이러한 결과들로 볼 때 허혈/재관류에 의한 뇌손상에서 HSP70 유도정도를 측정하는 것이 세포의 취약성을 예측할 수 있는 지표로 유용하게 사용될 수 있을 것으로 사료된다.