Characterization of GAPDH and p54nrb as a target of oxidative stress

Abstract

세포에 hydrogen peroxide 나 heat shock, growth factor 같은 oxidative stres를 처리하면 세포 내 존재하는 여러 종류의 단백질들이 modification 되고, 이 단백질들의 활성이 영향을 받는다. 본 연구는 이미 잘 알려진 glycolytic enzyme 인 GAPDH (glyceraldehydes-3-phosphate dehydrogenase)를 oxidative stress 의 주요한 target으로 연구하였다. Radiolabel 된 iodoacetamide를 사용하여 환원된 상태의 cysteine을 label하는 방법으로 GAPDH 의 활성부위에 있는 cytsteine 의 산화환원상태를 연구하였다. GAPDH의 활성부위에 있는 cysteine은 hydrogen peroxide나 PDGF같은 oxidative stress 에 의해 쉽게 산화되며 이는 가역적으로 회복된다. 또한, 세포 내 GAPDH 가 oxidative stress 에 의해서 비가역적으로 변형되어서 2D-gel 상에서 acidic 한 부분으로 이동한다. 산화된 GAPDH 의 modification 은 MALDI-TOF MS 와 ESI-q-TOF MS 로 확인하였다. 그 결과, cysteine oxidation, Phosphorylation, Iysine-acetylation, methylation 과 같은 modification 을 확인하였다. 또한, 산화된 GAPDH 의 세포 내에서의 역할을 연구하기 위하여, 산화된 GAPDH 에 결합하는 단백질들을 찾고자 노력하였다. 그 결과, 산화된 GAPDH가 p54nrb와 PSF에 결합한다는 것을 확인하였다. 이 두 단백질은 세포 내에서 heterodime로 존재하며 RNA와 DNA에 결합하는 것이 알려져 있다. p54nrb 의 C-terminal 은 H_(2)O_(2) 의 농도에 의존적으로 cytosol 에서 GAPDH 에 결합한다. 이 GAPDH 와 p54nrb 의 complex 는 세포내의 topoisomerase I의 활성을 증가시킨다. 이는 산화된 GAPDH가 새로운 단백질에 결합하면서 기존과 다른 기능을 갖게 된다는 것을 의미한다. 최근에 GAPDH는 nuclear RNA export, DNA replication, DNA repair and apoptosis 같은 역할을 한다는 보고가 나오고 있다. 본 실험 결과는 GAPDH 가 oxidative stress 에 의해 산화된 후 새로운 binding partner 와 결합하면서 세포 내에서 glycolysis 와 관련 없는 새로운 기능을 획득한다는 것을 시사한다.