소의 각막내피세포의 산화적 손상에 대한 thioredoxin의 보호효과

Abstract

반응성 산소대사물(reactive oxygen species)의 한 종류인 과산화수소(hydrogen peroxide)는 눈의 방수에 존재하며 그 농도가 증가하면 각막내피세포의 구조적, 기능적 손상을 야기하여 각막의 투명성(deturgescence)을 소실시키며, 자외선은 광화학반응을 통하여 반응성 산소대사물을 생성함으로써 각막내피세포에 손상을 초래한다. 생체는 공격적인 반응성 산소대사물에 대항하는 생리적인 항산화 방어인자에 의해 보호되고 있으며 항산화 방어인자들중 thioredoxin의 중요성이 부각되고 있다. Thioredoxin은 생체의 거의 모든 조직에 존재하며, 자신의 환원력(reducing potential, -SH group)으로 직접 항산화작용을 하고, 산화된 단백질을 환원시켜 그 기능을 회복시키는 항산화 단백질로서 이 단백질의 생리적인 중요성은 뇌, 폐 및 망막 등 몇몇 장기나 조직에서 밝혀진 바 있다. 본 실험에서는 배양한 소의 각막내피세포에 과산화수소와 자외선 등으로 손상을 주고 이에 대한 thioredoxin의 보호 효과를 세포 독성을 통해 관찰함으로써 간접적으로 thioredoxin의 생리적인 중요성을 판단하고자 하였다. 세포독성은 lactate dehydrogenase (LDH)유리와 3-[4,5-dimethyl thiazol-2-yl]-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide (MTT) 환원을 측정하여 관찰하였으며, 또한 형태학적인 연구도 병행하였다. 연구결과는 다음과 같이 요약된다. 1. Thioredoxin (0.83μM, 8.3μM, 83μM)은 과산화수소(10μM, 50μM, 100μM, 500μM, 1000μM)에 의한 세포독성을 억제하였다. 2. Thioredoxin은 각막내피세포에 대한 자외선의 효과도 부분적으로 억제하였다. 3. Thioredoxin은 자외선과 과산화수소를 동시 처리시 생기는 각막내피 세포에 대한 손상도 억제하였다. 이상의 실험 결과, 대장균에서 얻은 thioredoxin은 과산화수소, 자외선 및 과산화수소와 자외선의 동시처리에 의해 발생할 수 있는 산화적 손상에 대해 세포를 보호하는 것으로 판단되며 따라서 thioredoxin은 각막내피세포에서 산화적 손상에 대한 중요한 생리적 방어인자일 것으로 생각된다. ; Reactive oxygen species including hydrogen peroxide are known to induce morphological and functional derangement of corneal endothelium, thus causing loss of corneal deturgescence. Corneal endothelial damages are also caused by ultraviolet rays which forms reactive oxygen species in aqueous humor through photochemical reaction with endogenous substances. Against attacks by reactive oxygen species, physiological antioxidants have been reported to protect organisms in aerobic environment. Among the antioxdants, thioredoxin has been recently suggested to play an important role under oxidative stresses. Thioredoxin not only removes reactive oxygen species but also regenerated oxidatively damaged proteins owing to its reducing potential at the active site(-Cys-Gly-Pro-Cys-). Although the biochemical properties of thioredoxin has well been documented, the physiological significance has little been assessed except in a few circumstances such as oxidative damages of brain, lung and retina. The present study was undertaken to investigate the protective effect of thioredoxin, obtained from Escherichia coli, on cultured bovine endothelial cells against hydrogen peroxide and ultraviolet ray. The results are as follows. 1. Thioredoxin at concentrations of 1, 10 and 100 ㎍/㎖ appeared to protect corneal endothelial cells from the reactive oxygen radical hydrogen peroxide as assessed by measuring the leakage of lactate dehydrogenase(LDH) and the reduction of 3-[4,5-dimethyl-2-yl]-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide (MTT). Cytoprotective effect of thioredoxin against hydrogen peroxide was also observed morphologically. In morphology, thioredoxin also protected the cells from hydrogen peroxide. 2. Similary, cytoprotective effect of thioredoxin was found in the cells damaged by irradiation with ultraviolet ray(wavelength = 253.7 nm). In conclusion, thioredoxin may play an important physiological role (s) in protection of corneal endothelial cells which is continuously challenged by reactive oxygen species. Thus, It is natural that thioredoxin may have clinical implications in certain corneal disease such as corneal edema, which is known to by caused by reactive oxygen species.