GIT1 is a synaptic scaffolding protein that interacts with various pre- and postsynaptic proteins, and is expressed in various brain regions. To investigate in vivo functions of GIT1, we have generated GIT1 knockout mice using genetrap. Immunoblot analysis revealed that expression levels of βPix, a binding partner of GIT1, were reduced in GIT1 mutant mice. Electrophysiological data showed that the basal synaptic transmission was increased and LTP was reduced in GIT1-/- mice. In behavioral analyses, GIT1-/- mice showed enhanced locomotor activity and lowered anxiety. In addition, GIT1-/- mice showed impaired motor coordination and motor learn. Lastly, spatial learning was impaired in GIT1-/- mice. These results indicate GIT1 is an important regulator of synaptic plasticity, anxiety, and spatial and motor learning.
뇌가 제 기능을 정상적으로 수행하기 위해서는 뇌를 이루는 신경 세포들 간의 상호 연결이 올바르게 형성되어야 한다. 신경 세포간의 연결은 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스를 통해 이루어지는데, 이 중 흥분성 시냅스는 spine이라는 돌기 구조가 후 시냅스에 위치하여 그 기능을 발휘한다. Spine의 형성을 조절하는 중요 단백질들은 시냅스 형성에 영향을 줌으로써 정신 분열이나 정신 지체 등 뇌 질환의 원인이 되는 것으로 알려져 있다.
Spine은 actin이라는 구조물에 의해 그 구조가 원활히 변화한다. 따라서 actin dynamics를 조절하는 메커니즘에 관련한 연구가 많이 진행되어 왔다. Actin dynamics의 조절 인자로 가장 잘 알려진 것이 Rho GTPase -Rho, Rac1, Cdc42-이다. GIT1은 Rac의 GEF인 PIX와 중합체를 형성하여 PAK으로 신호 전달을 함으로써 Rac1을 통한 actin filament 형성을 조절할 수 있다는 것이 알려져 있었고, 이와 더불어 전 시냅스와 후 시냅스에 존재하는 단백질인 piccolo와 liprin- $\alpha$ 와도 직접적인 결합을 할 수 있다는 것이 알려지면서 신경 세포에서의 역할에 대한 의문과 기대가 커졌고 in vitro 상에서 GIT1의 역할과 그 메커니즘에 대한 연구가 진행되어 왔다.
본 연구에서는 GIT1의 생체 내 신경학적인 역할에 대해 알아보기 위해, GIT1이 만들어지지 않도록 genetrap된 줄기 세포를 이용하여 마우스를 제작, 생산하여 그 형질을 살펴보았다. 가장 먼저 발견된 현상은 GIT1이 전혀 생산되지 않는 knockout 개체에서 그 몸 크기가 60~70% 정도로 줄어들었다는 것이다. 이러한 작은 크기에도 불구하고 open field를 통한 이동성을 살펴본 결과 정상 생쥐보다 월등히 많은 움직임이 있는 것으로 나타났다. 또한 불안 정도를 측정하기 위한 elevated plus maze 실험에서는 정상인 개체보다 더 낮은 불안지수를 보였으며, rotarod를 이용한 운동성 측정에서는 motor coordination이 정상치에 비교했을 때 심각한 장애가 있는 것으로 나타났다. 학습과 기억 능력을 시험하기 위해 공간 학습을 이용하는 Morris water maze test에서는 학습과 기억의 두 측면 모두에서 knockout 개체가 능력 저하를 보여주었다. 다양한 동물 행동 실험에서 knockout 생쥐가 정상 생쥐와 다른 것을 통해 in vivo 상에서 GIT1의 역할의 중요성을 보여주는 결과가 되었다.
이러한 현상을 설명하기 위해 생화학적, 전기생리학적 실험들을 수행하였다. 먼저 각 유전 형질 마우스에 대한 다양한 단백질들의 양을 비교해 본 결과 GIT1과 중합체를 형성한다고 알려진 $\beta$-PIX의 양이 knockout에서 감소한 것을 확인하여, GIT/PIX를 통한 신호 전달에 문제가 생길 것이라는 생화학적 근거를 발견하였다. 또 이와 더불어 전기 생리학 실험 결과를 통해 knockout 개체에서 신경 세포 자극 대비 반응 정도가 월등히 높다는 것을 관찰하였고, LTP 실험으로 시냅스 가소성 정도가 떨어진다는 증거를 얻을 수 있었다. 이 결과는 Morris water maze test에서 본 학습 기억 저하와 상통하는 것이다.
위 결과를 통해 본 연구는 GIT1이 생체 내에서 신경학적으로 영향을 끼쳐, 주의력 결핍과 운동 능력 및 학습 능력 저하의 결과를 가져오는 원인이 될 수 있음을 보여주었다.