Effects of HIV-1 gp41 peptides on secretion of B-amyloid precursor protein and on the expression of complement regulatory protein CD59 in human neuronal and astroglial cell lines

Abstract

후천성 면역 결핍증 (AIDS) 환자에서 나타나는 퇴행성 신경질환의 병리기전을 알아보고자 사람 신경세포주 (SK-N-SH) 및 성상세포주(T98G)를 이용하여, 사람 면역 결핍 바이러스 (HIV-1)의 세포막 당단백인 gp41이 아밀로이드 전구 단백 (Amyloid Precursor Protein: APP)대사 및 보체 조절 단백 CD59 발현에 미치는 영향을 조사하였다. Western blotting 과 RT-PCR 분석결과 첫째, T98G에 gp41의 면역억제 도메인을 처리 시 신경보호 기능을 나타내는 아밀로이드 전구 단백의 분비형인 sAPPα의 분비가 크게 감소된 반면, mRNA 발현정도에서는 변화가 없었다. 또한, 면역억제 도메인을 포함하는 재조합 gp41 펩티드 처리 역시 sAPPα 분비를 크게 억제 시켰다. 위의 결과를 근거로 하여 gp41매개성 sAPPα 분비감소의 분자생물학적 기전을 연구하기 위해서, protein kinase C(PKC)를 활성화 시키는 Phorbol 12,13-dibutyrate(PdBu)나 억제제인 H-7, 비특이적으로 PK를 억제 시키는 staurosporine을 처리한 결과, gp41에 의한 sAPPα의 분비 기전에 PKC 억제가 관련되어 있을 가능성을 추측할 수 있었다. 둘째, SK-N-SH 및 T98G에 gp41의 면역활성 도메인 처리 시 보체 조절 단백인 CD59 발현 감소가 관찰되었고, mRNA 발현정도에서도 감소가 관찰되었다. Gp41매개성 CD59 분비감소의 분자생물학적 기전을 연구하고자, PKC를 활성화 시키는 PdBu나 억제제인 H-7, 비특이적으로 PK를 억제시키는 staurosporine을 처리한 결과, gp41매개성 CD59 발현감소의 분자생물학적 기전은 PKC 억제와 관련 되어있을 것으로 생각된다. 또, proinflammatory cytokines인 LPS, IL-1β, INF-γ의 처리 시, SK-N-SH에서 CD59 단백질 발현이 크게 감소된 반면 T98G에서는 별 변화가 없었다. Proinflammatory cytokines와는 대조적으로 항산화제 및 항염증제의 처리는 gp41에 의해 감소된 CD59 발현을 다시 증강 시키는 효과를 나타내었다. 본 연구에 따르면, HIV-1에 감염된 후천성 면역 결핍증 (AIDS) 환자에서 보이는 퇴행성 신경질환의 복잡한 병리기전에는 HIV-1의 세포막 당단백인 gp41의 과발현에 따른 sAPPα의 분비 감소가 관련되어 있음을 시사하고 있다. 또한, HIV-1 세포막 당단백인 gp41의 과발현 뿐만 아니라, HIV-1 감염에 의해 유도되는 만성 염증반응 및 항산화제의 결핍에 의해서도 보체활성 억제요인인 CD59 단백질 발현이 감소 되므로서 신경세포의 간접적인 세포독성 (bystander lysis)를 높일 것으로 예상되며, 이 역시 후천성 면역 결핍증 (AIDS) 환자에서 보이는 퇴행성 신경질환의 복잡한 병리기전 중 하나일 것으로 사료된다. ; To understand the pathogenic mechanisms involved in neurodegeneration of HIV-associated dementia, in this study examined the effects of HIV-1 gp41 peptides on seceretion of β-amyloid precursor protein (APP) in human astroglial (T98G)cell lines. Also the effects were examined of HIV-1 gp41 peptides on the expression of complement regulatory protein, CD59 in human neuronal (SK-N-SH) and astroglial (T98G)cell lines. Using western blot and RT-PCR analyses, Firstly, treatment of T998G cells with a putative immunosuppressive domain (ISP, aa 583-599) of gp41 as well as with rgp41 encompassing this domain remarkably down-regulated the IL-1β-induced elevation of the secreted from of APP(sAPPα) containing Kunitz-type protease inhibitor (KPI) domain without significant changes of the expression pattern of APP mRNAs. Based on the similar proteolytic activities responsible for APP metabolism in vitro were present in the conditioned media from the cultures treated with or without gp41 peptide, the molecular mechanism underlying this gp41 mediated reduction of sAPPα secretion appears not due to the difference in the function of extracellular proteases. However, the known PKC inhibitor, H-7 or nonspecific protein kinase inhibitor, staurosporine partially inhibited the elevation of sAPPα secretion in response to PKC agonist, phorbol 12, 13-bibutyrate (PdBu) as well as to IL-1β mimicking the immunosuppressive gp41 peptied. Secondly, an immunodominant (ID, aa 598-613) of gp41 as well as the rgp41 encompassing this domain remarkably reduced CD59 protein in a dose-dependent manner. This gp41 peptide apparently down-regulated PdBu-induced elevation of CD59 protein and mRNA in a manner similar to that conferred by H-7 or staurosporine in SK-N-SH. Interestingly, proinflammatory cytokines such as IL-1β or IFN-γ as well as LPS greatly decreased CD59 in SK-N-SH and to a lesser extent in T98G whereas TNF-α did not significantly alter it. By contrast, antioxidants agents such as glutathione (GSH) or N-acetylcystein (NAC) and antiinflammatory agents such as dexamethasone (DEX) or indomethacin (INDO) enhanced CD59 expression reversing gp41 peptied inhibitory effect in SK-N-SH. These observations implicate that part of the neurodegenerative cascade in HIV-associated dementia may involve the inhibitory effect of gp41 on secretion of sAPPα, apotent glial neurotrophic Factor, through impaired PKC response. This data suggest that high level of gp41 or its metabolites as well as impaired protein kinase response, chronic inflammation or antioxidant depletion within HIV-1 infected brains may be associated with a diminished expression of CD59 which would render neuronal cells to susceptible to indirect bystander lysis in the presence of autologous complement.