정소에서 HER2의 발현 및 조절

Abstract

Epidermal growth factor (EGF) superfamily of peptide growth factors (EGF-GFs)은 EGF 수용체와 결합하여 세포증식 및 분화조절에 관여한다. Testis에서 진행되는 정자형성 및 남성호르몬 형성과정은 매우 복잡한 내분비적 조절하에 놓여있다. EGF receptor system은 EGFR, HER2, HER3, HER4 이렇게 네 가지 type I growth factor receptor family 로 구성된다. EGF 수용체 가운데 HER2는 orphan receptor로 기능하며 다른 EGF 수용체가 활성화 될 경우 heterodimer를 형성하여 하위신호전달을 활성화시켜 세포의 증식을 촉진하는 oncoprotein으로 알려져 있다. 그러나 spermatogenesis와 steroidogenesis과정에서 HER2의 역할은 확실히 규명되지 않았다. 본 연구에서는 HER2가 male reproduction에 미치는 영향을 규명하기 위한 연구로, 생쥐에서 출생 후부터 성체에 이르는 동안 Leydig cell과 testis 내 HER2의 발현과 adult testis에서 EGF와 hCG에 의한 발현조절, 또한 사람의 testis 조직과 sperm에서 HER2의 발현을 조사하였다. Optimized semiquantitative RT-PCR로 mouse testis에서 HER2의 발현을 분석한 결과, 1주령에서 가장 높은 발현을 보였고, 2주령에서도 높은 발현을 하였으며, 4주령부터 성체에 이르기까지는 점차 감소하는 경향을 보였다. 정소에서 발현되는 HER2는 tyrosine 잔기에 인산화가 되어있었다. 또한 mouse Leydig cell에서 HER2의 발현은 1주령에서 2주령 시기에 조금의 증가를 보이다가 4주령이 되면서 점차 감소하면서 8주령에서는 상대적으로 가장 적은 발현을 보였다. 면역조직염색법을 통하여 HER2 protein의 발현위치를 살펴본 결과, HER2는 testis내의 다양한 cell에서 발현하는 것을 볼 수 있었고 특히 spermatogonia와 elongated spermatid, Leydig cell에서 강한 immunoreactivity를 보였다. Sperm에서는 acrosome 부위에서 강하게 발현되고 tail 부위에서 미약하게 발현하며, adult mouse Leydig cell에서 HER2는 핵과 세포막 그리고 세포질에서 발현되는 것을 확인하였다. Human testis에서 optimized semiquantitative RT-PCR에서 HER2 mRNA가 spermatogenic activity와 밀접한 관련이 있는 것으로 확인되었다. Seminiferous tubule 안쪽의 germ cell들은 HER2의 immunoreactivity가 다양하게 분포하였다. 부분적으로 membrane의 기저막 부분에 인접해 있는 몇몇의 spermatogonia에서 HER2의 immnunoreactivity가 강하게 나타났다. Sertoli cell에서는 관강쪽에 elongating spermatid와 접한 부위에서 강한 HER2의 immnunoreactivity를 나타냈다. HER2의 immunoreactivity는 또한 Leydig cell과 peritubular cell에서도 관찰되었다. Adult mouse Leydig cell에 EGF와 hCG를 단독 또는 동시에 처리한 실험에서 HER2는 EGF를 처리한 실험군에서 가장 높은 발현을 보였다. 결론적으로 HER2는 mouse와 human의 testis 내에서 spermatogenesis와 steroidogenesis에 관여하는 것으로 추정된다. Testis내 HER2는 활성화된 항원 형태로 존재하며, 이들은 정원세포의 증식, Sertoli cell과 spermatogensis 과정에서 postmeiotic germ cell과 Sertoli cell 사이의 paracrine interaction, Leydig cell 및 peritubular cell의 분화 등에 관여할 것으로 사료된다.; Epidermal growth factor (EGF) superfamily of peptide growth factors (EGF-GFs) plays an important role in gonadal development. Activation of EGF receptors induces dimerization that gives different responses to different ligands. EGF system is a type I growth factor family consisting of four receptors: Human EGF receptor 1 (HER1) (also called EGF-receptor/ EGFr / ErbB1), HER2 (also called ErbB2), HER3 and HER4. Of these receptors, HER2 as a cofactor for other EGF receptors acts as a proliferation promoting oncoprotein, and have been implicated in the pathogenesis of a variety of human cancers. However, to date, the spatiotemporal pattern of HER2 expression in th testis and its roles during spermatogenesis and steroidogenesis are not well understood. In this study, to verify the possible function and regulation of HER2 in spermatogenesis, temporal pattern, tissue localization as well as regulation of HER2 expression were examined in mice testis, sperm and Leydig cell, also human testis and sperm. In an effort to investigate the role of HER2 in the human male fertility, the expression of HER2 was investigated in testes from obstructive azoospermic or hypospermatogenic males. Optimized semiquantitative RT-PCR analysis revealed that testicular HER2 mRNA level was relatively high at 1 week post partum. Following decrease during prepubertal development and HER2 mRNA level markedly decreased during puberty and remained to low in adult testis. Also, HER2 mRNA level of mouse Leydig cell is high prepubertal development and but markedly decreased during puberty on weeks. In mouse testis, the germ cells within the seminiferous tubule showed varying degrees of HER2 immunoreactivity. Expecially spermatogonia, elongated spermatid and Leydig cells showed strong immunoreactivity of HER2. Spermatozoa showed immunoreactivity in the acrosome and tail. Optimized semiquantitative RT-PCR revealed that expression of HER2 mRNA is closely related with spermatogenic activity in human testis. The germ cells within the seminiferous tubule showed varying degrees of HER2 immunoreactivity. In particular, some spermatogonia located in the close proximity of basement membrane showed strong immnunoreactivity of HER2. Sertoli cells showed moderate to strong immunoreactivity. Notably, adluminal compartment of Sertoli cell cytoplasm adjacent to the elongating spermatids showed moderate to strong HER2 immunoreactivity. HER2 immunoreactivity was also found in peritubular cells and Leydig cells in human testis. In cultured mouse Leydig cell, HER2 was rapidly incduced by EGF. Taken together, spatiotemporal expression of HER2 during postnatal development in testis suggests functional involvement of HER2 signaling in steroidogenesis, spermatogenesis and fertilization in mice and human.