Silencing of miR20a is Crucial for Ngn1-mediating Neuroprotection in Injured Spinal Cord

Abstract

MicroRNAs compose a relatively new discipline in biomedical research, and many physiological processes in disease have been associated with changes in miRNA expression. Several studies report that miRNAs participate in many biological processes such as the control of secondary injury in several disease models. In previous study it was identified novel miRNAs that was abnormally upregulated in a traumatically injured spinal cord (SCI). I have focused on miR20a; its overexpression in lesion of SCI causes continuous motor neuron degeneration. Interference of miR20a in SCI animal groups showed neural cell fate for survival and finally neurogenesis with rescued key target genes, Neurogenin1(Ngn1) expression. Infusion of antisense Ngn1 results in functional deficit in the hindlimbs that caused by aggressive secondary injury and actively enhances the inflammation involving secondary injury progression. The miR20a involving events underlying motor neuron and myelin destruction, pathophysiology and finally blocks regeneration in injured spinal cords. Interference of miR20a expression effectively induces definitive motor neuron survival and neurogenesis and finally SCI animal showed improved functional deficit. In this study, it was demonstrated abnormal expression of miR20a induces secondary injury and suggest miR20a could be potential targets for therapeutic intervention following SCI.

마이크로RNA의 발현양은 질환의 발병 및 질환의 진행과정과 깊은 연관성이 있고, 의학적인 치료법 구축에 있어서 새로운 방안을 제시할 수 있다. 최근에 와서, 여러 사례의 질병 모델에서 마이크로RNA가 이차적으로 일어나는 질환의 진행과 연관된 염증반응에 관여하고 있음이 보고된 바 있다. 본 연구에서는 척수외상 동물 모델에서 비정상적으로 과 발현하면서 질환의 진행과정에 직접적으로 관여하는 신규 마이크로RNA를 발굴하였다. 질환 환부에서 특징적으로 과 발현하는 마이크로RNA20a는 지속적인 운동 신경의 사멸과정에 직접적으로 연관되어 이차 조직손상에 주요 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 본 연구과정에서, 마이크로RNA20a의 역할을 규명하기 위해 척수외상 모델에서 상보적인 염기서열을 가지는 마이크로RNA20a 저해제를 손상부위에 처치하였다. 그 결과, 저해제에 의한 마이크로RNA20a의 발현억제는 결국 신경 세포의 생존이 현저하게 증가되는 결과를 초래하였고, 이는 신경발생의 중요인자이면서, 마이크로RNA20a의 주요 표적 유전자인 Neurogenin1의 조절을 통해 이루어진다는 사실을 함께 규명하였다. 이와 아울러, 정상 마우스에 Neurogenin1의 안티센스 핵산올리고머를 주입하였을 경우 마우스 뒷다리 부위에서 이차손상과 유사한 조직손상을 초래하였고 결국 운동신경 마비 등의 기능적인 장애를 일으켰을 뿐만 아니라, 염증반응이 발생하였다. 결국, 마이크로RNA20a는 운동 신경과 미엘린을 손상시킴으로써 결과적으로 척수외상 부위에서 지속적으로 진행되는 이차손상으로 부터의 보호 및 재생능력을 억제하였다. 한편으로, 마이크로RNA20a를 저해제로 억제하는 경우에 운동 신경과 신경발생이 증가되고 기존의 척수외상 모델에서 보였던 기능 장애가 호전되었다. 이번 연구의 의의는 2차 손상을 유발하는 마이크로RNA20a의 발현을 조절함으로써 척수외상 동물 모델에서 신경세포 사멸 및 염증 반응 등에 대한 운동신경 및 미엘린 손상과정을 엄격하게 차단함에 따라 향 후 척수손상의 진행억제 및 치료에의 적용 가능성을 처음으로 제시하였다.