Studies on the effects of genetic and environmental factors on the cognitive function = 유전적 및 환경적 요인에 의한 인지 기능 영향 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Cognitive function includes wide processes in brain that identify various sensations and acquire knowledge. Difference in individual cognitive function falls under the influence of their own genetic and environmental factors. Genetic factors are characterized by certain genes that are crucial to modulate molecular pathways of cognitive actions, and abnormality of certain genes leads to defects in cognitive function. Meanwhile, stress is regarded as one of the common environmental factors. Exposure to severe stress induces various responses all over the body. Especially, stress is directly delivered to brain, which leads to physiological and psychological changes. This study intends to show that both genetic and environmental factors are concerned with cognitive function and psychiatric disorders. 14-3-3γ hetero-type mice were chosen for research on genetic factor. For environmental factor, wild-type mice with ω-3 dietary supplement were used. Groups of mice are subjected to several behavior tests and acute / chronic stress. Results of behavior and molecular analysis show that both factors have decisive effects on cognitive function in multiple pathways. 14-3-3γ hetero-type mice are hyperactive and sensitive to acute stress. ω-3 dietary supplement to wild-type mice show effects on relaxing chronic stress and enhancing cognitive activity of brain. This study provides significant clues to further studies on both factors on cognitive function and its complex modulation in brain.

국문 초록 (Abstract)

인지 기능은 여러 감각들을 식별하고 지식을 습득하는 뇌의 광범위한 활동들을 포함한다. 개개인의 인지 기능의 차이는 그들 자신의 유전적 및 환경적 요인의 영향을 받는다. 유전적 요인은 인지 행동의 분자 경로를 조절하는 데 중요한 특정 유전자에 의해 특징 지어지며 특정 유전자의 이상은 인지 기능의 결함으로 이어지게 된다. 한편, 스트레스는 일반적인 환경 요인 중 하나로 간주된다. 극심한 스트레스에 노출되면 몸 전체에서 다양한 반응이 유발되는데, 특히 뇌에 직접 전달되어 생리적, 심리적 변화를 가져온다. 이 연구는 유전적 요인과 환경적 요인 모두가 인지 기능과 정신 장애에 관련되어 있음을 보여주고자 한다. 14-3-3감마 이형접합마우스가 유전 인자 연구를 위해 사용되었고, 환경 요인으로는 크릴오일을 사용해 오메가-3를 식이적으로 보충한 야생형 마우스를 사용하였다. 마우스 집단들은 여러 가지 행동 테스트와 급성 또는 만성 스트레스를 받았고, 행동실험 및 분자 분석의 결과는 두 가지 인자 모두 여러 경로를 통해 인지 기능에 결정적인 영향을 미친다는 것을 보여준다. 14-3-3감마 이형접합 마우스는 행동과잉의 성향을 보이고 급성 스트레스에 민감한 반응을 보였다. 야생형 마우스에 크릴 오일을 사용해 오메가-3 식이 보충을 했을 때는 만성 스트레스가 완화되고 인지기능이 향상되는 효과가 나타났다. 이 연구는 인지 기능과 뇌의 복잡한 조절에 영향을 미치는 두 가지 요소에 대한 앞으로의 추가적인 연구에 중요한 단서를 제공할 것이다

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

14-3-3 proteins are known to act as regulator in signaling pathways. As functions in different pathways of each 14-3-3 isoforms are investigated by a number of papers, many point of views have been presented that 14-3-3 proteins have correlation with molecular pathways related to incurable diseases such as cancer, neuro-degeneration, and reproductive disorders. In this study, functions of 14-3-3γ isoform will be investigated in detail through 14-3-3γ hetero-type mice, which is deficient in 14-3-3γ protein compared to control mice. We performed several behavior test and found difference in locomotor activity between behavior phenotypes of control mice and hetero-type mice. Afterwards, we also carried out molecular analysis to discover what kind of pathway gives rise to distinct behavior phenotypes. In this study, we suggest that different behaviors of hetero-type mice result from dysfunction in 14-3-3γ mediated pathways, which interrupts normal dopamine metabolism and neuro-protection mechanism.

국문 초록 (Abstract)

오메가-3 불포화 지방산의 식이 보충은 염증 완화에 핵심적인 역할을 하는 합성 경로의 대사 산물을 생성하여 건강을 향상시킨다고 여겨진다. 이 연구는 오메가 -3 지방산의 풍부한 원천인 크릴 오일의 식이 보충이 행동 표현형의 변화와 뇌의 특정 분자 활동에 기여하는지 여부를 조사하는 것을 목적으로 한다. 마우스 집단들은 스트레스 전후로 행동 테스트를 받았으며, 첫 번째 행동 테스트 후 모든 마우스에게 두 번째 행동 테스트 이전에 2 주 동안 예측할 수 없는 만성 경미 스트레스를 주어 스트레스와 관련된 행동 및 생리학적 표현형을 유도했다. 그 결과, 크릴오일 고농도 처리 집단이 다른 집단보다 새로운 물체에 관심을 표현하는 데 훨씬 더 많은 시간을 소비하는 모습을 모이면서, 기억력이 다른 집단에 비해 향상되었음을 알 수 있었다. 이 결과는 크릴 오일 보충 섭취가 기억력 지속시간을 증가시킨 것을 의미한다. 또한 뇌에서의 분자적 변화를 조사하기 위해 분자 분석을 수행했으며, 크릴 오일 보충섭취 집단에서 인지 기능 관련 요인의 변화가 있음을 알 수 있었다. 이 연구를 통해 크릴 오일 보충섭취가 뇌의 기억 관련 요인의 수준을 조절함으로써, 만성 경미 스트레스 환경에서도 인지 활동을 향상시키고 유지한다고 제안할 수 있다.

국문 초록 (Abstract)

14-3-3 단백질은 다양한 신호경로에서 조절자의 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 각각의 14-3-3 동형단백질들이 다른 경로에서 역할을 하고 있으며, 다양한 선행 연구들이 암, 신경퇴행, 생식장애 등의 불치병에 연관된 분자적 경로와 14-3-3 단백질과의 연관관계를 다양한 관점에서 시사하고 있다. 이 연구에서는 14-3-3 감마 동형단백질의 발현이 감소하도록 유도한 14-3-3 감마 이형접합 마우스를 이용하여 14-3-3 감마 단백질의 기능을 조사하는데 초점을 두었다. 행동실험을 통해 해당 이형접합 마우스가 활동과잉성향을 가진다는 것을 발견했고, 급성 스트레스에 노출되었을 때 대조군 집단보다 민감한 반응을 보이는 것을 관찰하였다. 이후에 분자실험을 진행하여 어떠한 경로가 이러한 행동 표현형을 유발하였는지 알아보고자 했다. 다른 14-3-3 동형단백질이 결핍된 마우스에서의 활동과잉성향 행동표현형과 조현병에 관련된 도파민 대사 경로의 이상이 이미 다른 연구에 의해 보고된 바 있으므로, 14-3-3 감마 이형접합 마우스에서도 이와 유사한 현상이 발생한 것인지 확인하기 위해 도파민 대사를 주로 조사하였다. 이 연구를 통해, 14-3-3 감마 이형접합마우스의 행동 표현형은 14-3-3 감마 단백질이 매개하는 신호경로인 도파민 대사와 신경보호 기전에서, 14-3-3 감마 단백질의 감소에 의한 기능이상에 따라 행동에도 이상이 발생했을 것이라고 제안할 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Dietary supplementation of n-3 poly unsaturated fatty acid (PUFA), is believed to improve health by generating metabolites of n-3 PUFA synthesis pathway, which plays key roles in relieving inflammation. The aim of this study is to investigate whether dietary supplementation of krill oil, a rich source of omega-3 fatty acids, contributes to changes of behavior phenotype and specific molecular activities of brain. Groups of mice were subjected to behavior tests before and after stress. After the first behavior tests, all mice are subjected to the schedule of unpredictable chronic mild stress (UCMS) for 2 weeks prior to the second behavior tests, to induce stress related behavioral and physiological phenotypes. The results show that double krill group exhibits increased memory, spending significantly more time to express interest in novel object than other groups. These results signify that krill supplement can increase duration of memory. Molecular analyses were also carried out to detect molecular changes in their brains and the results show that level of cognitive function-related factors changes in the krill oil supplement groups. This study suggests that omega-3 supplement through krill oil enhances and maintains cognitive activity by regulating levels of memory-related factors in brain, against chronic mild stress environment.