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Peroxiredoxin-mediated antioxidant program is essential for host protection in Drosophila.

Title
Peroxiredoxin-mediated antioxidant program is essential for host protection in Drosophila.
Authors
정혜진
Issue Date
2005
Department/Major
대학원 분자생명과학부
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Abstract
모든 호기성 생물체는 호흡과 같은 정상적인 생물활동 뿐 아니라 UV, 방사선 등과 같은 외부요인에 의해서도 생성되는 활성산소종(ROS)에 항상 노출되어있다. 과다한 ROS는 oxidative stress를 유발하여 무차별적으로 세포를 공격하거나 특정 신호전달을 활성화시켜며, 암, 자가면역질환, 신경퇴행성질환, 심장질환 등 각종 질환이나 노화를 유발시킨다. 세포 내에는 이처럼 독성이 있는 oxidative stress로부터 자신을 보호하기 위한 각종 항산화적 방어 작용이 존재하지만 그 명확한 조절기전에 대해서는 알려져 있지 않다. 이 논문에서, 우리는 prx (peroxiredoxin)라는 잘 알려진 항산화효소가 어떻게 oxidative stress로부터 세포를 보호하는지 초파리를 이용하여 개체수준에서 연구하였다. 초파리에는 5종류의 prx가 존재하며 이는 포유류에서와 같이 단백질 내 Cystein의 수에 따라 1-Cys, 2-Cys prx로 구분되고 있다. 개체 내 항산화작용에서 prx각각의 기능을 알아보기 위해 초파리 애벌레에 과산화수소(H2O2)를 먹인 후 5종류 prx의 mRNA를 측정해보았더니 다른 prx와 달리 prx2540의 mRNA양이 급증하였다. 또한 prx2540의 양이 세포수준의 항산화작용에서 중요한 역할을 하는 요인임을 밝혔다. 세포수준을 넘어 개체수준에서 prx2540의 중요성을 알아보기 위해 우리는 RNAi기법과 UAS/GAL4 체계를 이용하여 5종류의 prx가 각각 거의 없는 초파리(prx-RNAi flies)를 제작하였다. 이렇게 만들어진 초파리로 in vivo H2O2 저항성을 조사하기 위해 각 애벌레에 H2O2를 먹인 후 성체로 되는 비율을 조사한 결과, prx2540이 거의 없는 초파리가 그 비율이 가장 낮았다. 특이하게도 이러한 결과는 JNK 신호가 망가진 초파리(Djun-RNAi, mbf1)에서도 같은 양상을 보이고 있었으며 결정적으로 정상 초파리에서는 H2O2에 의해 발현이 유도되고 JNK신호에 의해 조절받는 각종 유전자 (puc, hsp22, hsp68)가 prx2540이 거의 없는 초파리에서는 H2O2에 의해 전혀 그 양이 증가하지 못했다. 이는 prx2540이 H2O2에 관해서는 JNK신호와 강력하게 연관되어 있음을 시사한다. 또한 prx2540이 JNK의 인산화에 영향을 주지 않는 것으로 보아 JNK의 upstream에는 관여하지 않았다. 다음으로, 우리는 Prx2540의 생리학적 중요성을 알아보기 위해 초파리의 수명을 조사해보았다. 놀랍게도 prx2540이 거의 없는 초파리는 정상 초파리에 비해 무려 20일이나 빨리 죽었으며 특히 성체가 된 지 50일이 지나면 정상 초파리는 50%이상 살아있으나 prx2540이 거의 없는 초파리는 거의 다 죽었다. 마지막으로 가장 중요한 것은 prx2540이 JNK신호 뿐 아니라 p38 신호와도 깊은 연관이 되어있다는 사실이다. p38a가 거의 없는 초파리에서는 H2O2에 의해 prx2540이 증가하지 못하지만 JNK신호의 전사 인자인 JUN이 없는 초파리에서 H2O2에 의해 prx2540의 양이 급증했다. 즉 prx2540의 전사는 p38에 의해 조절되고, prx2540은 JNK신호의 target gene 전사에 관여했다. 우리는 지금까지의 실험으로 JNK와 p38, 그리고 prx의 관계를 예상해보았다. H2O2에 의해 일단 JNK신호와 p38신호가 모두 활성화되고, 이때 p38에 의해 prx2540의 전사가 활성화되며 생성된 prx2540이 JNK신호를 조절하여 항산화작용에서 중요한 역할을 할 것이다. 또한 이에 대한 negative feedback으로 JUN이 prx2540의 과발현을 막아 항산화유전자가 과발현되는 것을 막는 것으로 보인다. 이번 연구를 통해 prx가 모두 peroxidase 활성을 가지고 있지만 그 종류에 따라 다른 역할을 할 수 있음을 시사하였고, H2O2에 의해 활성화되는 JNK신호와 p38신호를 prx2540를 통해 연결함으로써 prx의 새로운 기능을 밝히게 되었다.;The antioxidant response is the essential biological defense system for all aerobic life forms. Although peroxiredoxin (Prx) enzyme family is known to be involved in the antioxidant response to oxidative stress, the exact in vivo molecular mechanism of each Prx is poorly understood. Here we showed that Drosophila Prx2540 is indispensable for host protection against oxidative stress. Flies in which Prx2540 expression is silenced (Prx2540-RNAi fly) showed a marked increase in mortality rate following oxidative stress due to the impairment of JNK-controlled cytoprotective gene induction, demonstrating the essential role of Prx2540 on JNK signaling-dependent antioxidant program in Drosophila. Furthermore, the expression of Prx2540 was positively controlled by p38 MAPK signaling pathway during oxidative stress response. Taken together, the present study presents the unique in vivo role of Prx2540 and will provide possible explanation of how JNK and p38 MAPK signaling cooperates each other for the efficient host antioxidant response.
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일반대학원 > 생명·약학부 > Theses_Master
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