Correlation between GSK-3b and TRAF6 in TNF-a-induced cell survival

Abstract

TNF (tumor necrosis factor)-a는 세포 사멸과 세포 생존, 생장 및 분화 등의 다양한 생물학적 반응에서 중요하게 작용하는 염증성 cytokine이다. TNF-a는 주로 세포 표면 수용체인 TNF-R1을 통해 신호를 전달하는데, TNF-a가 TNF-R1에 결합하면 먼저 TRADD, RIP1, 그리고 TRAF2가 모여 complexⅠ을 형성하게 되고, 이를 통한 신호 전달은 전사 인자인 nuclear factor-kB (NF-kB)의 활성화를 일으키어 세포 생존에 기여하게 된다. TNF-R1 신호 전달의 후반부에는 complex Ⅰ이 수용체로부터 분리된 후 세포 내로 들어오고, 여기에 FADD와 caspase가 결합하여 complex Ⅱ를 형성하고 이것은 여러 caspases를 활성화시켜 세포 사멸을 일으키게 된다. 이처럼 TNF-R1 신호 전달 경로에는 세포 생존과 세포 사멸의 두 반응이 모두 존재하지만 우리 몸의 정상 세포가 사멸하지 않고 생존할 수 있는 이유는, TNF-a 신호 전달 경로의 초반부에 complex Ⅰ이 NF-kB를 충분히 활성화 시켜 세포 생존에 기여하는 antiapoptotic 단백질이 발현됨으로써 complex Ⅱ에 의한 세포 사멸을 억제하기 때문이다. TNF-a 신호 전달 경로에서 세포 생존에 관여하는 주요한 TNF receptor-associated factor (TRAF)은 TRAF2로 알려져 있는 반면, CD40와 receptor activator of NF-kB (RANK) 신호 전달 경로에서 중요하게 작용하는 TRAF6의 TNF-a 신호 전달 경로에서의 역할은 현재까지 밝혀진 것이 없었다. 하지만, 최근 실험실에서의 연구를 통해 TRAF6가 없는 세포 (3T3 TRAF6 KO)가 TNF-a 자극에 의해 세포 사멸을 겪게 된다는 사실을 알게 되었다. 이 경로에서 TRAF6의 역할은, 최근에 많은 연구가 이루어지고 있는 TNF-a 신호 전달 경로의 세포 생존에서 Glycogen Synthase Kinase 3b (GSK-3b)의 역할과 상당히 유사하였다. GSK-3b가 TNF-a 신호 전달 경로의 세포 생존과 NF-kB 활성화에 필수적으로 요구된다는 여러 보고들과 3T3 TRAF6 KO가 TNF-a 자극에 의해 세포 사멸을 겪는 현상에 기초하여, TNF-a 신호 전달 경로에서 GSK-3b와 TRAF6 사이의 상관관계를 알아보았다. 흥미롭게도, 세포 내에서 GSK-3b와 TRAF6는 상호 결합하고 있으며, TNF-a 자극에 의한 GSK-3b의 세포 내에서의 위치는 TRAF6에 의해서 조절되었다. 세포 내에서 GSK-3b는 현저하게 세포질에 위치하고 있지만, TRAF6와 함께 발현 될 때에는 GSK-3b가 핵으로 이동하여 핵과 세포질에 위치하는 것을 확인할 수 있었다. 반면 TRAF6의 발현이 siRNA에 의해 knock-down 되었을 경우에는 GSK-3b의 핵으로의 위치 이동은 일어나지 않았다. 또한 wild-type 세포에서보다 3T3 TRAF6 KO에서 GSK-3b가 현저하게 불활성화 되었는데, 이 현상은 PTEN/PI3K/Akt 신호 전달 경로와 연관 되어 있었다. 활성화 상태로 유지되는 GSK-3b (constitutively active GSK-3b)가 3T3 TRAF6 KO에서 TNF-a 자극에 의해 일어나는 세포 사멸을 막는 현상은, GSK-3b가 TRAF6의 하위기전에서 TNF-a 자극에 의한 세포 생존에 있어서 중요하게 작용한다는 것을 제시한다. 또한 GSK-3b가 NF-kB 활성을 조절하는 핵심 단계인 p65의 인산화에 관여한다는 보고들과, GSK-3b가 현저하게 불활성화 되어있는 3T3 TRAF6 KO에서 p65의 인산화가 크게 억제되어 있는 현상은 TRAF6가 GSK-3b의 p65 인산화에 있어서 중요하게 관여할 가능성을 보여준다. 종합적으로, 이러한 결과들은 GSK-3b가 TNF-a 자극에 의한 세포 생존 경로에서 TRAF6와 함께 매우 중요한 역할을 한다는 것을 제시한다.;Tumor necrosis factor (TNF)-a is a pleiotropic cytokine that plays a pivotal role both in apoptosis and in cell survival. While TNFR-associated factor (TRAF)2 functions crucially in antiapoptotic response to TNF-a, the role of TRAF6, essential for downstream of CD 40 and receptor activator of NF-kB (RANK) signaling, is not uncovered in TNF-a signaling. Based on the study in our laboratory showing that TRAF6-deficient 3T3 cells are susceptible to TNF-a-induced toxicity, I examined the correlation of glycogen synthase kinase 3b (GSK-3b), which is required in TNF-a-induced cell survival, and TRAF6. Interestingly, GSK-3b associates with TRAF6 in vivo and TNF-a-induced GSK-3b localization is regulated by TRAF6. Furthermore, the inactivation of GSK3b is highly induced in TRAF6-deficient 3T3 cells, but not in wild-type 3T3 cells. This phenomenon is connected with activation of PTEN/PI3K/Akt pathway. Importantly, the constitutively active GSK-3b (GSK-3b (S9A)) that has an alanine substitution at the regulatory amino acid, serine 9 rescues the cells lacking TRAF6 from TNF-a-induced cell death, whereas wild-type 3T3 cells were almost unaffected. Taken together, these results suggest that interaction of GSK-3b with TRAF6 plays a critical role in TNF-a-induced cell survival signaling.