저산소 자극에 대한 세포대응 유전자 발현 양상과 AK3의 발현 행태

Abstract

Adenylate kinase (AK)는 원핵 세포로부터 진핵 세포까지의 모든 생명체에 존재하는 효소로써 ATP와 AMP 사이에서 인산 그룹의 전이를 가역적으로 촉매를 함으로서 에너지 대사와 핵산의 합성 등에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 사람에서는 7가지 이상의 AK isozyme들이 밝혀져 있으며, 이들은 각각 조직특이적 및 세포 소기관 특이적 발현 양상을 보이고 있다. 생화학적으로 AK isozyme은 활성이 높고 세포질에 존재하는 short-form 과 활성이 매우 낮고 mitochondria에 존재하는 long-form으로 분류한다. 본 연구의 대상인 AK3는 미토콘드리아의 기질에 위치하는 활성이 낮은 long-form isozyme으로서. 다른 모든 AK isozyme들과는 달리 기질로서 ATP대신 GTP를 사용하고, 신장, 간 그리고 심장 등의 소수로 국한된 조직에서만 특이적으로 발현된다. AK isozyme 중 유일하게 AK3는 hypoxic condition에서 HIF-1a 에 의해 유도 발현되는 것으로 보고되어 있으나 이와 관련한 생리학적 기능은 규명되지 못한 상태이다. Hypoxic stress에 대한 AK3의 역할을 연구하기 위한 시도로서 AK3가 발현되는 조직의 세포주로서 인간 배아 신장 세포주 HEK293과 인간 간암 세포주 HepG2 를 각각 1 % O2의 hypoxia 상태에서 12 시간 동안 배양한 후 western blot법에 의해 HIF1-a 및 AK3의 발현 양상의 비교 및, micro DNA array 분석을 통한 hypoxia에 대응하는 세포주 별 활성화 경로의 유전자 발현 프로파일링에 의해 비교 분석하였다. 그 결과 hypoxic stress에 의해 두 세포주는 모두 HIF-1a가 12시간 동안 경시적으로 유도 발현되었으며,. Hypoxia 조건에서 AK3의 발현은 HEK293의 경우 발현 증가를 보였으나, HepG2세포주의 경우에는 AK3의 발현이 반대로 억제됨을 확인하였다. 한편, hypoxia 상태에서의 유전자 발현 조절의 양상은 HEK293과 HepG2에서 mRNA level이 2배 이상 증가 혹은 50% 이상 감소가 확인된 유전자에 대하여 apoptosis, cell proliferation-protein and nucleotide synthesis related protein mRNA), homeostasis, wound healing 및 기타의 5개 분야의 functional pathway로 구분하여 비교할 수 있었다. 두 세포주의 counter-hypoxia responses 는 homeostasis 와 wound healing에서는 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 HEK293의 경우에는 cell proliferation pathway gene들의 변화 개체수가 크게 증가한 반면 apoptosis pathway genes들은 상대적으로 개체수가 적었고, 반대로 HepG2세포에서는 apoptosis pathway genes 변화 개체수가 크게 증가한 반면 cell proliferation pathway gene들은 상대적으로 개체수가 매우 적었다. 결론적으로 AK3는 hypoxia stress에 의해 cell proliferation pathway gene의 발현 조절과 동일한 양상으로 HIF-1a 의 조절을 받아 두 세포주에서 상반되는 발현 양상을 보였으며 이를 토대로 AK3의 세포 생리적 기능은 세포사멸보다는 오히려 세포 증식에 관련한 기능을 갖고 있을 것으로 유추할 수 있었으며, 향 후 이와 관련된 기능 분석 연구가 필요할 것이다.