자외선 B가 조사된 인체 피부 섬유모세포에서 8-oxoguanine 형성, 수복 반응 및 항산화제의 보호효과

Abstract

자외선 (UV)은 피부세포의 DNA 손상 및 돌연변이의 축적을 통해 피부암 발생 및 광노화 현상의 중요한 원인으로 작용한다. 8-oxoguanine은 UV 조사시 생성되는 주요 DNA 광손상물이며 자외선으로 발생되는 활성산소에 의해 생성된다. 산화적 변형염기인 8-oxoguanine은 생체 피부 및 배양세포에서 자외선 조사로 생성되고, DNA 복제시 GC → TA 변이를 유발시키며, 마우스에서 자외선 조사시 항산화제 투여로 8-oxo-dG 함량과 피부암 발생이 감소하고 지연된다는 점에서 자외선에 의한 피부암 발생 및 광노화 현상에서 중요한 매개인자의 하나로 작용할 것이다. 이에 대한 수복효소 8-oxoguanine DNA glycosylase (OGG1) 는 DNA로부터 8-oxoguanine을 제거하여 그로 인한 돌연변이를 예방하는 역할을 한다. AP-endonuclease 1(HAP1, APE1)은 OGG1의 작용으로 형성된 abasic(AP) 위치의 OGG1을 치환함으로써 OGG1의 효소 활성을 증강시키는 역할을 한다. 본 연구에서는 UVB 조사에 대한 피부 세포의 적응 반응을 산화적 DNA 손상 및 수복의 관점에서 알아보고 항산화제의 세포 보호효과를 검증하고자 하였다. 배양된 사람 피부 섬유모세포에 UVB를 조사한 후 추출한 세포 DNA내 8-oxo-dG 함량과 세포의 생존률을 측정하였고, UVB조사 후 시간경과에 따른 8-oxo-dG 함량과 수복효소 OGG1 및 APE1의 발현을 관찰하였다. 또한 항산화제 전처리가 UVB 조사 후 8-oxo-dG 함량과 세포의 생존률 변화에 미치는 영향도 관찰하였다. 연구 결과, 섬유모세포에서 UVB 조사로 8-oxo-dG 함량이 용량 의존적으로 증가하며 세포의 생존률은 감소하였다. UVB 조사후 증가한 8-oxo-dG 함량은 시간 경과에 따라 서서히 감소하였다. OGG1 mRNA 발현양은 UVB 125 mJ/㎠ 조사 12시간후 약 10% 정도 증가하였다. OGG1 mRNA 발현양은 UVB 조사량이 많을수록 증가했으며 250 mJ/㎠ 조사시에는 31 mJ/㎠ 조사시보다 약 50% 정도까지 증가하였다. APE1은 OGG1과 비슷한 변화를 보였지만 그 변화의 정도는 더 적았다. Ascorbic acid, α-lipoic acid, N-acetyl-L-cysteine 및 α-tocopherol 같은 항산화제로 전처치한후 UVB를 조사한 군은 8-oxo-dG 생성이 대조군에 비해 현저히 감소되었으며, 세포의 생존률은 회복되었다. 이상의 결과 피부 세포는 자외선 조사시 발생하는 급격한 산화적 DNA 손상에 대해 OGG1 mRNA 발현을 증가시켜서 방어적 적응 반응을 나타내며, 항산화제는 피부세포에서 자외선 조사에 의한 산화적 손상을 방지하여 자외선으로 인한 발암 및 광노화로부터 세포를 보호하는 중요한 역할을 할 것으로 생각된다. ; UV irradiation is suggested as a major cause of the skin cancer and photoaging by inducing DNA damages and mutations. 8-oxoguanine, one of the important UV-induced DNA lesions, is formed by reactive oxygen species under UV irradiation. This oxidatively modified base, 8-oxoguanine is supposed as a mediator of skin carcinogenesis, because firstly it is increased by UV irradiation in skin and cultured cells, secondly it can induce the GC → TA mutation during DNA replication, thirdly antioxidants can reduce and delay the appearance of the skin cancer with reduction of 8-oxoguanine content in UV-irradiated mice. Its repair enzyme, OGG1 (8-oxoguanine DNA glycosylase) removes 8-oxoguanine from DNA and prevents the resulting mutation. And APE1 (AP-endonuclease, HAP1, APEX) enhances the activity of OGG1 by displacing the OGG1 enzyme at the apurinic site formed by the action of OGG1. In the present study, in order to elucidate the adaptive response in UVB-irradiated skin cells in the context of oxidative DNA damage and its repair and also to verify the protective effects of antioxidants against UVB irradiation, we examined the changes of the levels of 8-oxo-dG, the cell viability and the expression levels of OGG1 and APE1 mRNAs in skin fibroblasts after UVB irradiation and also examined those changes in antioxidant-pretreated skin fibroblasts. The results were summarized as follows. 1. The contents of 8-oxo-dG were increased and the cell viability is decreased in dose-dependent manners in UVB-irradiated cultured human skin fibroblasts. 2. The increased contents of 8-oxo-dG in UVB-irradiated cultured human skin fibroblasts were gradually decreased over time. 3. The expression levels of OGG1 mRNA were increased 10% at 12 hr after UVB (125 mJ/㎠) irradiation. These changes were dose dependent. Low dose (31 mJ/㎠) of UVB rather lowered the expression level of OGG1 mRNA in skin fibroblasts about 25 % more than that in control cells, but high dose (250 mJ/㎠) of UVB increased about 50% more than that in UVB (31 mJ/㎠)-irradiated cells. Similarly, APE1 showed dose dependent changes, but the extent was smaller. 4. Cells pretreated with antioxidants such as ascorbic acid, α-lipoic acid, N-acetyl-L-cysteine, α-tocopherol showed marked reduction of 8-oxo-dG formation and increased cell viability after UVB irradiation. From these results, it is concluded that skin cells may show an adaptive response partly by increasing to some extent the expression of OGG1 mRNA against the abrupt oxidative DNA damage formed by the UVB irradiation, and the antioxidants may play the important protective roles in UV-induced skin carcinogenesis and photoaging by preventing oxidative damage.