Role of Hypothalamic Dax1/NR0B1 in Regulating Mice Thermogenesis

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 약학대학 약학과, 2022.2. 이승희.The hypothalamus is an important organ in maintaining organism’s homeostasis by regulating appetite, body temperature, reproduction and hormone sensitivity. Dosage sensitive sex-reversal (DSS) Adrenal hypoplasia congenita (AHC) critical region on chromosome X gene 1(Dax1), an orphan nuclear receptor, encoded by nuclear receptor superfamily 0 group B member 1(NR0B1) gene is known to play a role in determining sexual differentiation through hypothalamus-pituitary-adrenal-gonadal axis in mammal. However, the molecular mechanism of Dax1 expressed in hypothalamic neurons regulating body homeostasis has not been studied well. This study shows that Dax1 deletion specifically in hypothalamic arcuate nucleus (ARC) mice resulted in elevated body temperature in both room temperature and cold temperature. We also found that Brown Adipose Tissue from Dax1 conditional knockout(cKO) mice exhibited fewer lipids and increased expression on canonical thermogenic genes, rendering these mice more resistant to cold exposure. On the other hand, lipogenesis in liver and adipose tissue is down-regulated. In summary, this study shows that Dax1 modulates thermogenesis and overall energy expenditure by possibly controlling neuronal innervation of adipose tissue depots through its action in the brain.시상하부 궁상핵(Arcuate Nucleus)에서 agouti-related peptide(AgRP) 신경전달물질을 분비하는 AgRP 신경세포는 소마토스타틴(Somatostatin) 양성 그리고 Gm8773 양성(AgRPSST+, AgRPGm8773+)두 가지 신경세포 하위 유형(Subtype)으로 분화된다고 보고되었다. 두 가지 유형들 중 AgRPSST+ 신경세포 하위 유형에서 Dax1을 암호화하는 NR0B1 유전자가 높은 발현양을 보이고 있으며, 전사조절에도 높은 수준으로 관여하고 있다는 연구 결과가 보고되었다. 본 연구는 시상하부 궁상핵 특이적으로 Dax1 유전자가 녹아웃 된 생쥐(Dax1-cKO)를 제작하여 AgRP 신경세포 분화의 차이와 그에 따른 표현형을 관찰했다. 실험결과 Dax1이 시상하부에서 녹아웃 된 생쥐의 궁상핵 부위에서 AgRP 신경세포의 발현에는 큰 차이가 없지만, AgRPSST+ 신경세포 하위 유형으로의 분화가 감소되는 것을 확인하였다. AgRP 신경세포는 체내 에너지 항상성 및 교감신경계 활성과 밀접한 관계를 갖는 신경세포로 알려져 있어 Dax1이 녹아웃 된 생쥐의 섭식, 체온, 생식 능력의 차이를 관찰하였다. 그 결과, Dax1이 녹아웃 된 생쥐의 평균 체온이 대조군 생쥐에 비해 높게 유지되는 것을 확인하였다. 더 나아가 저온 환경에 노출되었을 때 나타나는 저온 내성이 개선되는 것을 확인하였다. 포유류 체온 조절에 중추적인 역할을 하는 갈색지방세포(Brown Adipose Tissue)와 서혜부 백색지방세포(inguinal White Adipose Tissue)의 교감신경 섬유와 체온조절 관련 유전자들의 발현양을 측정해본 결과, 녹아웃 생쥐에서 체온조절 관련 유전자들이 높게 발현되는 것을 확인하였다. 렙틴 호르몬에 의한 AgRP 신경세포의 활성의 차이가 교감신경계 활성에 변화를 주는지 확인하고자, 단기간 렙틴 호르몬을 주입하여 AgRP 신경세포 활성을 측정하였다. 그 결과, 녹아웃 생쥐의 AgRP 신경세포의 활성이 대조군 생쥐에 비해 줄어드는 것을 관찰하였다. 이를 통해 시상하부 특이적 Dax1이 AgRP 신경세포의 활성을 조절하며 전체적인 교감신경계 및 에너지 소비량에 변화를 주는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 Dax1이 시상하부 궁상핵 내에서 AgRP 신경세포의 분화과정에 미치는 영향을 규명하였으며, AgRP 신경세포의 활성에 Dax1이 전사인자로써 어떠한 영향을 주는지 확인하였다.I. 서 론 1 1. Dax1의 기능 1 2. 시상하부 궁상핵 신경세포 4 3. AgRP 신경세포 분화과정 6 II. 연구재료 및 방법 9 1. 실험동물 9 2. 체온측정 방법 9 3. 면역형광염색법 10 4. 동소보존법 및 형광동소보존법 11 5. RNA추출 및 실시간 중합효소연쇄반응(qRT-PCR) 12 6. Hematoxylin & Eosin 염색 14 7. 통계분석 14 III. 연구 결과 15 1. Nkx2.1-cre 유전자에 의한 궁상핵에서의 Dax1 발현억제 15 2. Dax1-cKO 생쥐에서의 AgRPSST+신경세포 아형 발현양 감소 18 3. Dax1-cKO 생쥐에서의 몸무게 변화 및 음식물 섭취량 21 4. Dax1-cKO 생쥐의 체온 상승 24 5. Dax1-cKO 생쥐 지방세포 미토콘드리아 활성 증가 27 6. Dax1의 cKO로 인한 AgRPCRFR1+신경세포 증가 31 7. 렙틴 호르몬에 의한 AgRP 신경세포 자극 촉진 34 IV. 고찰 39 1. 실혐결과에 대한 고찰 39 2. 추가실험 필요성에 대한 고찰 44 V. 참고문헌 47 Abstract 51석