성상세포에서 메테오린에 의한 TSP-1 발현조절에 PKCδ 신호경로의 연관성
박수연
*
·이혜신*
·고금재*
·박정애*
,**
,#*서울대학교 약학대학, **안양대학교 해양생명공학과
(Received March 23, 2009; Revised April 14, 2009; Accepted April 20, 2009)
Effect of Meteorin on the Regulation of TSP-1 via PKCδ Signalings in Astrocytes Soo Youn Park*, Hye Shin Lee*, Keum Jae Ko* and Jeong Ae Park*
,**
,#*College of Pharmacy, Seoul National University, Seoul 151-742, Korea
**Department of Marine Biotechnology, Anyang University, Incheon 417-833, Korea
Abstract
— Meteorin in astrocytes has antiangiogenic activities via thrombospondin-1 (TSP-1), however, the regulatory mechanism has been unclear. Here we report that Meteorin upregulates TSP transcriptionally through luciferase reporter assays in astrocytes. Moreover, Meteorin activates PKC
δand ERK1/2 in astrocytes. Inhibition of PKC
δand ERK1/2 activ- ities attenuated expression of TSP-1 by Meteorin in astrocytes. We, therefore, demonstrate that Meteorin activates PKC
δsignaling and, in turn, increases TSP-1 expression in astrocytes to inhibit angiogenesis in the brain.
Keywords □
astrocyte, meteorin, TSP-1, PKC
δ, brain, thrombospondin-1
뇌혈관은성상세포
(astrocyte)
와pericyte
에의해둘러싸인뇌혈관장벽구조
(blood-brain barrier, BBB)
로형성되어있는데,
뇌 혈관장벽구조는뇌혈관과뇌조직사이의물질투과성을엄격하게 조절함으로써뇌기능의항상성을유지하게한다.
1,2)그러나만성뇌질환과뇌종양및허혈성뇌질환등에서뇌혈관과주변세포인
성상세포
/pericyte
와의상호작용의손상과더불어뇌혈관장벽구조의손상
,
뇌혈관의퇴행,
혹은과도한뇌혈관의형성등이보고되어있다
.
3)이러한현상은기능적인뇌혈관을형성하고유지하기위해서는성상세포
/pericyte
와혈관내피세포간의상호작용의중요성을시사하므로
,
뇌혈관형성과정에서성상세포/pericyte
의역할규명에대한연구의필요성이대두되었다
.
기능적인뇌혈관형성기작은뇌표면의
pia vessel
에서뇌조직속으로혈관이형성되는뇌혈관신생과정
(brain angiogenesis)
과과도하고불필요한혈관등을제거
(pruning)
하는뇌혈관remodel- ing
과정,
그리고tight junction
과adherens junction
등에의한뇌혈관장벽구조형성과정으로나뉜다
. AKAP12, angiopoietin-1, VEGF,
메테오린(Meteorin),
그리고thrombospondin(TSP)
등이이과정중성상세포에서발현되어혈관내피세포에작용하여뇌 혈관형성에영향을준다고보고하고있다
.
4-6)따라서이들단백 질의작용기작에대한연구는뇌혈관형성기작규명뿐만아니라 뇌혈관질환치료의근간을마련하게된다.
메테오린은최근에발굴된유전자로서뇌에서다량으로발현
되며
neuroglia
와성상세포에서발현되어성상세포로의분화에관여하며세포외로분비되는단백질이다
.
7,8)본연구진에의하여메테오린은성상세포를산소에노출시켰을때증가하며발생중 혈관근처에서존재하는성상세포에서발현되어혈관신생억제작 용을한다고처음으로보고한바있다
.
6,7)메테오린을처리한성상세포배양액
(conditioned media)
을혈관내피세포에가하면혈 관형성이억제된다.
이러한현상은메테오린이성상세포배양액에
TSP-1
의분비를증가시킴으로써일어난다.
즉,
성상세포의메테오린단백질이유도하는혈관신생억제기능은
TSP-1
을매개로 해서이루어진다.
6)또한성상세포에서의TSP-1
의증가는ERK1/
2
의활성화와의연관성을제시하고있다. TSP-1
은혈관신생억제제
(angiogenesis inhibitor)
로서혈관내피세포와암세포에서발현 분비된다고알려져있다.
9,10)TSP-1
의발현조절기작으로ras, c- myc, v-src
와같은암유전자에의해발현이저해되며, p53
이나PTEN
등암세포억제제의작용으로발현이증가하다는정도로알려져있을뿐이다
.
11,12)최근에는TSP-1
은뇌의성상세포에서#본논문에관한문의는저자에게로
(
전화) 02-876-1827 (
팩스) 02-885-1827
(E-mail) [email protected]
도발현함으로써인접한신경세포의시냅스형성과뇌혈관형성 등에관여한다는기능도알려지기시작했다
.
6,13)본연구에서는뇌의성상세포에서발현되며분비되는메테오 린단백질에대한혈관신생억제제로서의기능규명을위하여메 테오린에노출시킨성상세포에서단백질신호전달기작과
TSP-1
발현조절기작에관한연구를수행하였다
.
실험방법
실험재료
TSP antibody(Ab-11)
은Lab Vision Corporation(Fremont CA)
로부터구입하였으며, recombinant TSP
단백질, Rottlerin
은Sigma-Aldrich Corporation(St. Louis, Missouri)
로부터구입하였다
. anti-Akt, anti-pAkt, anti-ERK1/2, anti-pERK1/2
와anti- pPKC
δ(Thr505) antibody
는Signaling Technology Inc.(Danvers, MA)
에서구입하였으며, anti-PKC
δ, anti-VEGF, anti-JNK, anti- pJNK antibody
는Santa Cruz
로부터구입하였다. (RS)-{4-[5-(4- Fluorophenyl)-2-methylsulfanyl-3H-imidazol-4-yl]pyridin-2-yl}- (1-phenylethyl)amine(p38 MAPK inhibitor), 4-(4'-Phenoxy- anilino)-6,7-dimethoxyquinazoline(Src kinase inhibitor), U0126 (MEK inhibitor), wortmannin(PI3 kinase inhibitor)
은Calbio- chem(Darmstadt, Germany)
에서구입하였다.
세포배양
Primary human brain astrocyte(ACBRI 371,
성상세포)
은Cell Systems Corporation(Kirkland, WA)
에서2 passage
를 구 입하여5~8 passage
에서실험에사용하였다.
성상세포는10%
FBS
를 보충한DMEM
배지에서 배양하였으며conditioned media(CM)
을얻는경우에는serum-free DMEM
에서수행하였 다. CM
의Amicon(Millipore Corporation)
을사용하여50
배로농축한 다음 사용하였다
.
메테오린의siRNA
의transfection
는Astrocyte Nucleofactor kit(Amaxa Inc., Gaitherburg, MD)
의 가이드라인에따라서수행하였다.
메테오린을배양액에처리하는경우에는세포가
50%
포화상태가되었을때12
시간정도FBS
를제거한DMEM
배지에서세포를배양한후메테오린단백질을첨가하여배양하였다
.
신호전달단백질의저해제를처리하는경우에는메테오린단백질과동시에처리하거나
4
시간전처 리를하였다.
사용한신호전달단백질저해제인U0126(10
µM), wortmannin(100 nM), SB203580(10
µM), rottlerin(1
µM)
의 농도로각각처리하였다
.
Short interfering RNA (siRNA)
Dharmacon
에서 제공하는program(www.dharmacon.com)
을 이용하여 디자인한 메테오린유전자에 대한siRNA
는5'-
GCAGGAGTCTGTCATCA-3' and 5'-CAGGTGCTCTCATCG- TTAA-3'
이다. siNC
는negative control
로서Dharmacon
에서제 공하는siGFP
를사용하였다.
메테오린(Meteorin) 단백질분리
CHO-K1
세포에서메테오린과발현주를제작한다음Talon
metal affinity resin column(Clontech Laboratories Inc., Palo Alto, CA)
과centricon YM10(Millipore)
를이용하여분리정제하 여사용하였다.
Luciferase reporter assay
pGL3-TSP-LUC reporter(a, -2200/+750; b, -1290/+750; c, -767/+750)
와pCMV-
β-gal
과siMeteorin
을Nucleofator kit (Amaxa Inc.)
를이용하여성상세포에transfection
을수행하였다. 2
일후assay kit(Promega, Madison, WI, USA)
를 이용하여luciferase activity
를 측정하였다. Luciferase
활성은RLU/
β- galactosidase activity
로보정하였다.
통계
오차막대는평균에대한표준편차를나타냈으며통계적인유 의성에관한수치는스튜던트
t-
검정(Student's
t-test)
를이용하여계산하였다
.
실험결과
메테오린(Meteorin)은성상세포에서TSP-1발현을전사단계에서 조절한다
메테오린단백질을성상세포에처리하면
TSP-1
이세포내에서 증가하여세포외로분비된다고보고되어있으나그작용기작은 잘알려져있지않다.
12)TSP-1
의발현기작을조사하기위하여,
먼저성상세포에메테오린단백질을직접처리하면세포내
TSP- 1
유전자발현이증가한다는것을확인하였다(Fig. 1A and B, left).
다음으로메테오린전사체에대한
siRNA
를성상세포에처리하여메테오린을억제하였더니
TSP-1 mRNA
발현또한감소되었다(Fig. 1B, right).
이러한결과로부터메테오린이TSP-1 mRNA
발 현을조절하리라예상할수있었다.
메테오린이
TSP-1
전사체발현단계에서조절하는지조사하기 위하여TSP-1 promoter-luciferase reporter plasmid
를이용하여luciferase
활성을측정하는reporter assay
를수행하였다.
이assay
를수행하기위하여세종류의
TSP-1
프로모터,
즉full length
인-2200/+750
와두종류의deletion mutant -1290/+750
와-767/
+750
부위를포함한구조를사용하였다(Fig. 2A).
성상세포에세종류의
reporter plasmid
를각각transient transfection
한다음 메테오린단백질을처리하여대조군과luciferase
활성을비교하였다
.
그결과full length
의TSP-1
프로모터를지닌세포에메테오린단백질을처리하였을때
luciferase
활성이2.5
배증가되었으나다른두종류의
deletion mutant
에서는변화가거의없었다(Fig. 2B, left). siRNA
를이용하여성상세포에서메테오린의발현을억제할경우에는
full length
의TSP-1
프로모터를과발현한 세포에서만luciferase
활성이감소하였다(Fig. 2B, right).
이결 과에서메테오린은성상세포에서TSP-1 mRNA
의발현을증가시키며
, TSP-1
증가는TSP-1
프로모터의상류지역인-2200~
-1290
사이의염기서열이중요하다는것을알수있었다(Fig. 2A and B).
성상세포에서 메테오린에 의한 TSP-1 발현은 Rottlerin과 U0126으로억제된다
성상세포에메테오린단백질을처리하면
TSP-1
발현이증가한 다는결과로부터TSP-1
의발현을조절하는상위kinase
신호전 달경로를규명하기위하여기존에알려진protein kinase
억제제(inhibitor)
를이용하였다.
성상세포에protein kinase
억제제를먼 저처리함으로써단백질의활성을억제시킨다음,
메테오린단백질을 처리하여
TSP-1
의발현변화를조사하였다(Fig. 3). PI3 kinase
억제제, p38 MAPK
억제제혹은Src kinase
억제제를처 리해도메테오린으로증가되는TSP-1
의발현에는영향을주지Fig. 1 −
Meteorin regulates TSP-1 expression in astocytes. (A) Western blot analysis showing that human astrocytes were treated with various concentration of purified Meteorin protein for 24 hours. TSP-1 levels were examined in cell lysates and conditioned media (CM).
β-Actin was used as an internal control. (B) RT-PCR analysis showing that purified Meteorin (1 ng/m l )-treated (left) or siMeteorin- transfected (right) human astrocytes were cultured for 24 hours. Abbreviations are: Metrn, Meteorin; siMetrn, siMeteorin; siNC, siNegative Control.
Fig. 2 −
Meteorin controls the transcriptional expression of TSP-1 in astrocytes. (A) Schematic representatives of various deletion constructs of TSP-Luc reporter plasmids. a, -2200/
+750; b, -1290/+750; c, -767/+750. (B) Twenty-four hours after transfection of astrocytes with three deletion constructs, cells were treated with 1 ng/m l Meteorin and followed by incubation for another 24 hours, and then luciferase activities were assayed (left). Astrocytes were transfected with the full length (a, -2200/+750) construct and siMeteorin (siMetrn). After 2 days, luciferase activities were examined (right). The luciferase specific activity of each construct was normalized to the cotransfected
β-gal activity. The data represent the mean and SD of three independent experiments. *, P <0.05.
Fig. 3 −
Rottlerin and U0126 downregulate Meteorin-induced TSP-1 in astrocytes. Human astrocytes were treated with purified Meteorin and various kinase inhibitors. Western blot analysis shows the expression of TSP-1 after 24 h exposure of human astrocytes to 1 ng/m l Meteorin in the presence or absence of inhibitors for 24 hour (upper). The relative levels of TSP-1 were quantified by densitometry from three independent assays (lower). *, P <0.01 Abbreviations are:
U, U0126 as in MEK inhibitor; W, wortmannin as in PI3 kinase inhibitor; SB, SB203580 as in p38 MAPK inhibitor;
SR, as in Src inhibitor; R, rottlerin as in PKC
δinhibitor.
못했다
(Fig. 3).
그러나MEK kinase
억제제인U0126
과PKC
δkinase
억제제인rottlerin
에의하여TSP-1
발현이감소된다는것을알수있었다
(Fig. 3).
이결과로부터메테오린으로증가되는TSP-1
의발현에는PKC
δ와ERK1/2
의인산화가관여할가능성을유추할수있었다
.
성상세포에서메테오린은PKCδ/ERK1/2 인산화를증가시킨다 성상세포에메테오린의작용으로
PKC
δ와ERK1/2
의활성화 되는지는이들단백질의인산화측정으로알수있다.
메테오린 단백질을성상세포에15
분간처리하면ERK1/2
와PKC
δ의인산화가증가되었지만
AKT
와JNK
의인산화에는변화가관찰되지 않았다(Fig. 4A). Fig. 3
에서살펴본protein kinase
억제제를처 리할경우와Fig. 4A
에서의인산화결과를함께고려해보면,
메테오린의작용은
ERK1/2
와PKC
δ의활성변화와관련이있으며이활성은
TSP-1
의발현조절을유도한다는것을알수있다.
다음으로메테오린으로유도되는
ERK1/2
와PKC
δkinase
의신호전달기구가상호연관성을지니면서활성화되는지를확인하 고 자 하였다
.
이를 위해rottlerin
혹은U0126
을 처리하여ERK1/2
혹은PKC
δ에대한영향을조사하였다.
메테오린으로증가된
ERK1/2
활성은PKC
δ활성억제제인rottlerin
을처리하 면감소하였다.
그러나U0126
로ERK1/2
활성을억제해도PKC
δ 인산화에는영향을주지못했다(Fig. 4B).
따라서메테오린은성상세포에작용하여
PKC
δ활성화시킨후ERK1/2
활성화하는신 호전달체계로TSP-1
의프로모터활성을증가시키고궁극적으로TSP-1
분비를증가시킬것으로예상된다.
결론 및 고찰
본연구에서성상세포에서메테오린단백질은
1) TSP-1
유전 자를전사단계에서조절하며2) PKC
δ/ERK1/2
신호전달경로를활성화하며
3) PKC
δ신호전달경로를경유하여TSP-1
의발현을 증가한다는것을밝혔다.
혈관형성과정에는 촉진인자와억제인자간의균형변화즉
, angiogenic switch
가관여한다고알려져있다.
14)따라서성상세 포에서분비되는혈관신생촉진인자와혈관신생억제인자간의균 형의변화는인접하는혈관에직접적인영향을지니라예상된다.
전연구에의하면성상세포에대한메테오린의작용으로혈관신 생억제활성이증가하게되었고이는성상세포배양액
(conditioned media)
에분비된단백질인VEGF
와angiopoietin-1
분비에는큰영향이없으나혈관신생억제제인
TSP-1
의발현및분비증가에 기인한다고보고되었다.
즉,
메테오린은성상세포에서TSP-1
과 같은혈관신생억제단백질의분비를증가시킴으로써혈관신생촉 진인자와억제인자간의균형에변화가일어나게되어혈관신생 억제기능으로나타낸다.
따라서성상세포가혈관신생에미치는영향을규명하기위해서는성상세포에서분비조절되는혈관신생 관련인자들의조절기작이요구된다
.
본연구에서메테오린을처리한성상세포에서혈관신생억제단
백질인
TSP-1
의발현조절기작을밝힘으로써메테오린의혈관억제기작을규명하고자하였다
.
본연구에의하여성상세포에서메 테오린단백질은mRNA
단계에서tsp-1
의발현을증가시키며(Fig.
1B),
이러한tsp-1
의mRNA
수준에서의조절은tsp-1
프로모터Fig. 4 −
Meteorin activates PKC
δand ERK1/2 in astrocytes. (A) Human astrocytes were treated with purified Meteorin protein for indicated
time and phophorylation of kinases at each time were examined by western blot analysis. (B) After pretreatment with rottlerin (upper)
or U0126 (lower), Meteorin was added to astrocytes for 1 hour.
활성측정으로확인되었다
(Fig. 2B).
메테오린으로증가되는tsp- 1
프로모터활성은-2200~-1290
내에존재하는염기서열에직간접으로결합하는전사인자에의해조절되리라예상되나
tsp-1
프 로모터의활성을조절하는구체적인전사인자에대한규명하기위해서는더많은연구가필요하다
. TSP-1
발현이전사단계에서조절되므로상위신호기작에대한연구를위하여
kinase
억제제 를처리한결과메테오린으로인한TSP-1
의증가는PKC
δ/ERK1/
2
활성신호경로에의한다는것을알수있었다(Figs. 3
과4).
즉 메테오린은성상세포에작용하여PKC
δ의활성을증가시켜하위 단백질의활성및발현을조절하리라예상할수있었다.
그하위조절인자의하나로서
TSP-1
의발현과분비를증가시켜궁극적 으로는혈관신생억제신호로서작동하게될것으로예상된다. TSP- 1
이외에도PKC
δ/ERK1/2
활성으로조절되는다양한단백질,
특히혈관신생촉진또는억제에관여하는단백질의변화가예상되 므로이들단백질의발굴또한흥미로울것이다
.
메테오린은단량체로분비되고
,
시험관내에서의분리정제가용이하며