Regulation of platelet-derived growth factor by peroxiredoxin II

Abstract

H2O2는 최근 수용체가 관련된 signaling에서 중요한 역할을 한다고 알려지면서 많은 주목을 받고 있다. 실제 H2O2는 여러 성장인자와 cytokine등의 자극에 의해 세포 내에서 생성이 되는데, 앞선 논문에서 혈소판에서 유래된 성장 인자 (platelet-derived growth factor, 이하 PDGF) 에 의해 H2O2가 생성되고, 이는 하위 신호전달 관련 단백질들의 tyrosine 잔기의 인산화에 필수적이라는 것을 밝힌 바 있다. 외부 자극에 의한 H2O2의 생성 시스템은 아직 분명히 밝혀지지 않았지만, 제거 시스템은 많은 연구가 진행되어 있다. 2-Cys Prx는 새로운 preoxidase 집단의 구성원으로 thioredoxin, thioredoxin reductase, NADPH의 존재 하에서 H2O2를 효과적으로 환원시키는 역할을 한다. 2-Cys Prx는 크게 H2O2 signaling의 조절자이자 산화 스트레스의 방어자로서의 두 가지 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 앞선 논문에서 2-Cys Prx 중 하나인 Prx II가 PDGF signaling의 중요한 조절인자라 것이 입증 되었다. Prx II가 제거된 세포 (MEFs) 에서 전체 단백질의 tyrosine 잔기 뿐 아니라 PLC-g1의 783번 tyrosine 잔기의 인산화 정도가 정상 세포에 비해 확연히 증가했다. 더불어 PDGF 자극에 의해 유도된 세포의 증식과 이동이 Prx II가 제거된 세포에서 더욱 활발히 일어나는 것을 확인 할 수 있었다. 나는 이 논문에서 이런 현상의 재연성 여부를 직접 만든 primary mouse embryonic fibroblast를 이용해서 확인하였다. 또한, PDGF signaling에서의 Prx II의 조절 메커니즘을 자세히 살펴보았다. Prx II는 PDGF 자극이 주어지면, 수용체 쪽으로 이동을 해서 H2O2를 환원 시키게 되고, 그로인해, 마찬가지로 수용체 주변에 있던 protein tyrosine phosphatase (PTPase)들의 산화를 어느 정도 경감시켜주는 역할을 하게 된다. 이 과정에서 Prx II에 의한 PDGF 수용체의 자리 특이적 조절에 관여하는 PTPase들을 찾는 실험은 현재, 진행 중이다. 또한, Prx II와 아미노산 서열 면에서 80%가 넘는 유사성을 보이는 또 다른 2-Cys Prx 구성원인 Prx I의 역할에 대한 연구도 진행하였다. Prx I은 세포 내에 Prx II에 비해 몇 배나 더 많은 양으로 존재하지만, PDGF signaling에는 전혀 관여하지 않는다는 사실을 밝혔다. 즉, Prx I과 Prx II는 signaling 조절 측면에서 다른 역할을 하고 있다는 것을 알 수 있었다. 최근, 세포가 산화 스트레스를 받으면, 2-Cys Prx가 과산화 되면서 거대 분자 복합체를 형성함으로써 다른 단백질들의 집성을 막는 chaperone 역할을 한다는 보고가 있었다. 이 내용을 포유류 세포에서 확인하기 위해 HeLa cell에 H2O2를 처리한 후, Prx I과 Prx II의 단백질 크기를 gel filtration 방법으로 분석하였다. 그 결과, Prx I은 chaperone 역할을 할 수 있을 정도로 거대한 복합체를 형성했지만, Prx II는 decamer 이상의 복합체를 형성하지 못하는 것을 확인 할 수 있었다. 즉, 산화 스트레스 하에서도 Prx I과 Prx II는 다른 방법으로 세포를 조절하고 있다는 것을 예상할 수 있다. 결론적으로, 2-Cys Prx는 세포 내에서 성장 인자에 의한 유도된 H2O2 ignaling 조절할 뿐 아니라, 산화 스트레스 하에서 단백질들의 집성을 막는 두 가지 중요한 역할을 하고 있다. 뿐 만 아니라, 2-Cys Prx 의 구성원인 Prx I과 Prx II는 구조적으로 매우 유사함에도 불구하고, 세포 내에서 다른 조절 양상을 보여주고 있다.;Recently H2O2 has drawn much interest because of its role as a second messenger in receptor-mediated signaling. Platelet-derived growth factor (PDGF) also induces the production of H2O2, and this is required for subsequent protein tyrosine phosphorylation, although the generating system of H2O2 is still unclear. H2O2 generated in response to receptor stimulation is known to be eliminated efficiently by mammalian 2-Cys peroxiredoxins, members of a novel peroxidase family that catalyze the H2O2 reduction reaction in the presence of thioredoxin, thioredoxin reductase and NADPH. Although several lines of evidence have suggested that 2-Cys peroxiredoxins have dual roles as regulators of the H2O2 signal and as defenders of oxidative stress, their real physiological functions in higher eukaryotic cells had remained obscure. It has been clarified the physiological relevance of 2-cys Prxs, using mouse embryonic fibroblasts deficient in Prx II [1]. Prx II deficiency resulted in increased production of H2O2, enhanced activation of PDGF receptor (PDGFR) and phospholipase Cy1, and subsequently increased cell proliferation and migration in response to PDGF. Then, I confirmed the reproducibility of my previous report which showed a role of peroxiredoxin II as a regulator of PDGF signaling, using newly prepared MEFs. Also, this report demonstrates that Prx II translocated to PDGFR may relieve the membrane-associated PTPases from oxidative inactivation by eliminating H2O2 in the microenviroment of PDGFR. Identification of the PTPase protected by Prx II has remained as a further work. Besides, Prx I, another member of 2-Cys Prx family, does not participated in PDGF signaling pathway in spite of a large amount in cytoplasm. Instead, I show that Prx I might be involved in functioning as a molecular chaperone under oxidative stress, using size exclusion chromatography. These results demonstrate that endogenous H2O2 plays a localized role in PDGF signaling, and that Prx II specifically acts as an important regulator in this signaling, whereas Prx I does not.