Role of iron as an enhancer for NGF-induced neurite outgrowth

Abstract

이온은 신경세포에서 산소성 스트레스에 의해 신경세포의 사멸을 초래한다고 알려져 있다. 하지만, 우리 실험실에서는 철 이온이 세포의 부착을 강화시킴으로 nerve growth factor (NGF)가 있는 상태에서도 시간이 지나면 발생하게 되는 세포사멸을 막는다는 것을 관찰하였다. 철 이온이 세포의 부착을 증가시키므로 NGF의 작용을 돕는 다는 점에서 착안하여, 철이 NGF에 의한 신경 세포의 분화에서는 어떠한 영향을 끼치는 지 확인하고자 했다. 철 이온에 의해 가장 두드러지게 나타나는 현상은 세포의 분화에 앞서서 세포의 부착이 강화되는 것이었다. 초기에 철 이온에 의해 촉진된 세포 부착은 NGF에 의한 세포 분화가 보다 빠르게 나타날 수 있게 도와주었으며, 신경 축색을 포함하고 있는 세포의 수도 증가하도록 하였다. 이 경우에 세포의 부탁과 분화에 관여하는 Rac의 활성 정도를 관찰한 결과, 철 이온에 의해 그 활성도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이전에 철 침전이 세포 부착을 돕는 다는 보고가 있었기 때문에, 철 침전을 제거함과 동시에 철 이온을 세포 내로 공급할 수 있는 착 화합물을 사용하여 세포 내부의 철 이온이 세포의 부착과 분화에 어떠한 영향을 주는 지 확인하였다. 그 결과, 철 침전이 세포의 부착과 분화에 기여를 하기 보다는 세포 내부의 철 이온이 세포 부착을 유도하여 간접적으로 분화에도 기여한 것이라고 결론을 내릴 수가 있었다. 철 이온이 세포 부착 강화와 무관하게 세포의 분화에 직접 영향을 끼칠 수 있는 지 실험하기 위해 PC12 세포를 기질에 안정하게 붙인 상태에서 분화를 유도 하였다. 그 결과 세포 내부의 철 이온이 세포가 부착한 기질에 관계 없이 세포의 분화를 촉진시킨다는 사실을 확인하였다. 철 이온은 NGF에 의해 유도되는 세포 신호 중 특히 분화에 중요한 역할을 하는 ERK의 활성을 증가시킨다는 것을 확인 할 수 있었다. 하지만 NGF에 의해 유도되는 PI3K-Akt의 신호에서는 철이 어떠한 영향도 끼치지 못했다. ; Iron is well known to be involved in variety of physiological phenomenon including oxidative stress-induced cell death and cell proliferation. In this study, the roles of iron in NGF-induced adhesion and differentiation of PC12 cells were examined. When PC12 cells were replated, iron increased both attachment and spreading of PC12 cells on to collagen, and it was through the activation of small G protein, Rac. Iron precipitation in media affected attachment, but intracellular iron delivered by nitrilotriacetric acid (NTA)-iron complex promoted neurite outgrowth in PC12 cells replated onto collagen. Furthermore, enhanced intracellular, but not extracellular iron promoted neurite outgrowth of PC12 cells which were independent on cell adhesion. Increased ERK activation was correlated with NGF-induced neurite outgrowth. Taken together, these data suggest that exogeneous iron regulates cell spreading, and cytosolic iron regulates neurite outgrowth through the activation of ERK. Abbreviations: PC12 cells, rat pheochromocytoma 12 cells; NGF, nerve growth factor; ECM, extracellular matrix; COL, collagen; LN, laminin; PLL, poly-L-lysine; DFO, deferoxamine; NTA, nitrilotriacetric acid; Tf, transferrin; NTBI, non-transferrin-bound iron; WB, western blot; GST, glutathione-S-transferase; ERK, extracellular signal-regulated kinase; PI3-kinase, phosphatidylinositol 3-kinase; MAPK, mitogen activated protein kinase; MAP2, microtubule-associated protein2