흰쥐 태아 뇌간의 일차 세포배양에서 Serotonin의 합성 및 대사에 대한 연구

Serotonin Synthesis and Metabolism in Dissociated Cultures of Fetal Rat Brainstem

본 연구에서는 흰쥐 태아 뇌간의 일차 세포배양을 이용하여 중추 serotonin(5-HT) 신경세포의 연구에 적합한 in vitro 모델을 확립하고, 여기에서 5-HT 대사의 전반적인 과정을 살펴보고자 하였다. 배양세포의 5-HT 및 5-hydroxyindoleacetic acid (5-HIAA)함량을 high performance liquid chromatography-electrochemical detection (HPLC-EC)방법 으로 측정함으로써 흰쥐태아(태령 14-15일)뇌간으로 부터 얻은 5-HT 신경세포가 배양상에서 2주까지 발달함을 추적할 수 있었고 아울러 이들 세포에서 5-HT의 합성, 저장, 대사의 각 과정을 몇가지 약물들을 이용하여 확인하였다. 배양 14일에 5-HT의 함량이 13ng/mg protein으로서 성숙한 흰쥐 뇌속에 존재하는 5-HT의 값과 유사하였다. 5-HT 합성의 속도조절효소인 tryptophan hydroxylase(TPH)의 상경적 억제제인 p-chlorophenylalanine (PCPA)처리시 aromatic L-amino acid decarboxylase (AADC)억제제인 3-hydroxybenzylhydrazine NSD 1015보다 5-HT 및 5-HIAA 함량을 더 많이 감소시켰다. TPH의 기질인 tryptophan은 5-HT의 합성을 현저히 (200%) 증가시켰으며 이 증가는 PCPA로 상당히 둔화되었다. 5-HIAA의 변화도 유사한 양상을 보였다. 5-hydroxytryptophan처리시 5-HT 및 5-HIAA 함량이 현저히 증가하였으며 이 증가는 NSD 1015로 거의 차단되었다. 5-HT 대사 경로인 monoamine oxidase (MAO)의 비특이적 억제제인 pargyline과 MAO A의 특이적 억제제인 LY-51641을 처리한 결과 5-HT 함량은 각각 대조군의 295% 및 140%로 증가하여 pargyline이 LY-51641보다 현저한 작용을 나타내었다. 그러나 5-HIAA의 함량은 반대로 현저히 감소하여 pargyline 및 LY-51641에 의해서 각각 대조군의 50% 및 40%의 함량을 나타내었다. 이상의 결과로 보아 5-HT 신경세포는 일차 세포배양상에서 활발한 5-HT대사가 이루어짐을 HPLC-EC 방법으로 확인할 수 있었으며 따라서 본 in vitro system은 중추 5-HT 신경세포에 대한 전반적인 약리 및 독성 연구에 매우 유용하게 사용될 수 있다고 사료된다.

We established an in vitro system of central serotonergic neurons by culturing dissociated rat embryonic (El4) brainstem cells to 14 days in vitro and monitored the serotonergic neuronal growth by measuring 5-hydroxytryptamine (5-HT) and 5-hydroxyindoleacetic acid (5-HIAA) contents in the cells with hish performance liquid chromatography with electrochemical detection (HPLC-EC). We studied also tile effects of various drugs on the contents of 5-HT and 5-HIAA, confirming in vivo reports. The 5-HT content (13 ng/mg protein) and 5-HT turnover rate (17 pmol/mg protein/h) at 14 days in vitro were in good agreement with those reported in the adult rat brain. The 5-HT content was more easily depleted with p-chlorophenylalanine, a tryptophan hydroxylase inhibitor than with NSD 1015 (3-hydroxybenzylhydrazine), an aromatic L-amino acid decarboxylase (AADC) inhibitor. Incubation of the cultures with tryptophan or 5-hydroxytryptophan increased the rate of serotonin formation implying that neither tryptophan hydroxylase nor AADC is saturated with its amino acid substrate in this in vitro system . The 5-HT content was depleted by reserpine. The 5-HT and 5-HIAA contents were increased and decreased, respectively, by monoamine oxidase inhibitors. All the above results indicate that the biochemical properties of the central serotonergic neurons in this culture system reflect reliably those of central serotonergic neurons in vivo. We suggest that measuring 5-HT and 5-HIAA contents in the primary cultured dissociated brainstem-cells with HPLC-EC is useful in the study of pharmacology as well as toxicolgy of the central serotonergic neurons.