각질형성세포에서 UVB조사에 따른 유전자 발현변화 및 세포사멸의 분자기전

Abstract

건선은 매우 흔하고 재발을 잘하는 은백색의 인설이 덮여 있는 피부질환이며 만성 염증성 피부병으로 알려져 있다. 건선의 발병기전으로는 표피이상분화로 인한 각질형성세포의 과증식, 혈관신생과의 관련성, 유전 등이 제기되고 있으나 아직 확실히 밝혀지지 않았다. 현재 건선의 대표적인 임상치료법으로 UVB가 많이 이용되고 있으나 정확한 작용기전은 미흡한 상태이다. 본 연구에서는 각질형성세포인 HaCaT 세포에서 UVB조사에 따른 여러 혈관신생, 염증 및 염증 사이토카인 분비를 억제하는 항염증 유전자의 발현변화, 세포사멸 및 이들의 분자생물학적 작용기전을 연구하였다. HaCaT 세포에 UVB를 조사 시 세포 내 혈관신생인자 HIF-1α 단백질의 발현감소는 PKA의 활성과 관련이 있음을 저해제 실험을 통해 확인하였다. 또 UVB에 의해 항염증 유전자 MKP-1 및 염증단백질 COX-2 각각의 mRNA 및 단백질의 발현 증가가 초래되었다. UVB에 의한 MKP-1 유전자 발현 증가는 UVB 처리된 HaCaT 세포 내 ERKs, ATF2, p38 MAPK, 및 PKA 단백질의 활성과 관련 있음을 확인하였고, UVB에 의한 COX-2 유전자 발현 증가는 UVB 처리된 HaCaT 세포 내 ERKs, p38 MAPK, JNKs 및 NF-κB의 활성과 관련이 있음을 각각의 저해제를 이용하여 확인하였다. 한편 HaCaT 세포에 UVB 처리 시 조사량 증가 및 시간 경과에 따른 세포의 증식과 생존율 감소, 그리고 세포사멸이 유발되었다. 또한 흥미롭게도 UVB 조사에 의한 HaCaT 세포 내 caspase-9, caspase-3의 활성화, Mcl-1, HIAP-1, XIAP, AKT 단백질의 발현 감소, GRP78, p21, p27 단백질의 발현 증가가 관찰되었다. 그리고 중요하게도 UVB 조사에 의한 HaCaT 세포사멸은 pan-caspase 활성 저해제인 z-VAD-fmk와 PKC 활성 저해제인 GF, Go6983에 의해 억제되었다. 결론적으로 HaCaT 세포에 UVB 조사 시 혈관신생단백인자 HIF-1α의 발현 감소, 항염증유전자 MKP-1의 발현 증가 및 세포사멸이 유발되었으나 세포 내 염증단백질 COX-2 발현 또한 증가됨을 알 수 있었다. 이 연구결과는 향 후 건선의 치료방법으로 UVB 단독 사용보다는 UVB조사 시 소염제 또는 COX-2 저해제와의 병용이 UVB에 의한 염증 부작용을 줄일 수 있다는 과학적 근거를 제시한다.

Psoriasis is a chronic inflammatory skin disease and its occurrence is linked to hyperproliferation of keratinocytes, angiogenesis, and genetic. At present, UVB-based phototherapy is clinically used for the treatment of psoriasis. However, molecular and cellular mechanisms underlined the UVB-based therapy on psoriasis remain unclear. I herein investigated the effects of UVB on expression of HIF-1α (pro-angiogenic), COX-2 (pro-inflammatory), and MKP-1 (anti-inflammatory) genes and on induction of apoptosis in HaCaT cells, a human immortalized keratinocyte cell line. Profoundly, the exposure of UVB into HaCaT cells decreased protein expression of HIF-1α but increased protein and mRNA expressions of COX-2 and MKP-1. Notably, the UVB-mediated HIF-1α down-regulation was blocked by H89 (a PKA inhibitor). While MKP-1 up-regulation by UVB was inhibited by H89, PD98059 (an ERK inhibitor), SB203580 (a p38 MAPK inhibitor), or Go6986 (a PKC inhibitor), the UVB-mediated COX-2 up-regulation was suppressed by PD98059, SB203580, SP600125 (a JNK inhibitor), or ALLN (a NF-κB inhibitor). UVB treatment strongly induced apoptosis in HaCaT cells in association with reduction of the cell viability and survival. Interestingly, activation of caspases, decreased expressions of Mcl-1, HIAP-1, XIAP, p-AKT and AKT, but increased expressions of GRP78, p21, and p27 were seen in the UVB-treated HaCaT cells. Importantly, the UVB-induced apoptosis in HaCaT cells was blocked by z-VAD-fmk (a pan-caspase inhibitor), GF or Go6983 (a PKC inhibitor). The present study collectively suggests that UVB may be useful against psoriasis related with angiogenesis, inflammation, and keratinocyte hyper -proliferation and also that combinatorial treatments with UVB and anti-inflammatory drugs may be applied as additional regimen to treat psoriasis.