Cytoprotective role of intracellular iron on serum-starved PC12 cells under NGF

Abstract

It is well known for nerve growth factor (NGF) to prevent PCl2 cells from being degenerated by serum-withdrawal. However, interestingly, my laboratory found that serum-starved PCl2 cells cultured on plastic dishes coated with poly-L-lysine maintained their viability only for a couple of days even in the presence of NGF. NGF is known to produce nitric oxide (NO) in PCl2 cells, and an iron-NO complex such as dinitro-iron complex (DNIC) was found to keep the cells from apoptosis by inhibiting their caspase activation. Therefore, I examined whether any increase of intracellular iron in serum-starved PCl2 cells could block the cell death occurring in the presence of NGF (N-death) we observed. The N-death was successfully prevented by iron when its cytoplasmic levels were increased either by the use of iron-chelator complexes or by direct incubation with FeCl_(2). Oxy-hemoglobin, an NO scavenger, could also block the N-death and expressions of nNOS were decreased by iron treatment. All these results apparently support that the N-death could be due to the accumulated NO generated by NGF and iron could inhibit the N-death by forming an iron-NO complex for the inhibition of caspase activation. However, neither NOS inhibitors nor a caspase inhibitor could block the N-death significantly. Also, iron did not exert any oxidizing effect of caspases, suggesting that any oxidation of caspases such as S-nitrosylation might not be responsible for the iron block of N-death. Interestingly, iron decreased TrkA activation without altering p75NTR expression, Therefore, taken from all these observations, I tentatively conclude here that iron can keep PCl2 cells from N-death probably through the modifications of an No-independent NGF-signaling pathway, although the possibility for the iron block of N-death by NO removal cannot be completely excluded;Nerve growth factor (NGF) 는 혈청이 없음으로써 일어나는 PCl2 세포사멸을 막아준다고 알려져 있다. 그러나 흥미롭게도 PCl2 세포를 poly-L-lysine 으로 처리한 plastic dish 에 배양했을 때 NGF가 있음에도 불구하고 우리 실험실에서는 세포 생존률이 이틀이상 유지되기 어려움을 알게 되었다. NGF 는 PCl2세포에서 nitric oxide (NO)를 생성시킨다고 알려져 있으며 dinitro-iron complex(DNIC) 와 같은 iron-N0 complex 가 caspase 활성을 억제함으로써 apoptosis를 막는다는 것이 잘 알려져 있다. 그렇기 때문에 혈청이 빠진 PCl2 세포에서 세포 내 철 이온을 증가시켜주면 우리가 관찰한 세포사멸 (N-death)을 억제할 가능성이 있는지 연구해 보았다. Iron-chelator complexes 를 처리하거나 FeCl2 를 직접 가해줌으로써 세포 내 철 이온 양을 증가시켰더니 이러한 N-death 가 억제됨을 알 수 있었다. NO scavenger 인 oxy-hemoglobin 역시 N-death를 억제 시켰고 철 이온을 처리했을 때 nNOS의 발현이 감소되었다. 이러한 결과들은 N-death 가 NGF 에 의해 생성 축적된 NO 에 의한 것이며 철 이온이 caspase 활성을 억제할 수 있는 iron-NO complex 를 형성함으로써 N-death 를 억제할 수 있다는 것을 반영한다. 그러나 NOS 억제제와 caspase 억제제는 N-death를 전혀 막지 못했으며 또한 철 이온은 S-nitrosylation과 같은 caspase 의 산화작용에 관여하지 않는 것으로 판명되었다. 흥미롭게도, iron은 p75NTR 의 발현은 변화시키지 않으면서 TrkA 의 활성화를 감소시켰다. 이러한 결과로부터 이 논문에서는, 비록 철 이온이 NO 를 제거함으로써 N-death 를 억제할 가능성을 완전히 배제할 수는 없지만, 철 이온이 NO 와는 무관한 NGF-signaling 경로를 조절함으로써 N-death 를 막아주는 것으로 잠정적인 결론을 내리고자 한다.;It is well known for nerve growth factor (NGF) to prevent PCl2 cells from being degenerated by serum-withdrawal. However, interestingly, my laboratory found that serum-starved PCl2 cells cultured on plastic dishes coated with poly-L-lysine maintained their viability only for a couple of days even in the presence of NGF. NGF is known to produce nitric oxide (NO) in PCl2 cells, and an iron-NO complex such as dinitro-iron complex (DNIC) was found to keep the cells from apoptosis by inhibiting their caspase activation. Therefore, I examined whether any increase of intracellular iron in serum-starved PCl2 cells could block the cell death occurring in the presence of NGF (N-death) we observed. The N-death was successfully prevented by iron when its cytoplasmic levels were increased either by the use of iron-chelator complexes or by direct incubation with FeCl_(2). Oxy-hemoglobin, an NO scavenger, could also block the N-death and expressions of nNOS were decreased by iron treatment. All these results apparently support that the N-death could be due to the accumulated NO generated by NGF and iron could inhibit the N-death by forming an iron-NO complex for the inhibition of caspase activation. However, neither NOS inhibitors nor a caspase inhibitor could block the N-death significantly. Also, iron did not exert any oxidizing effect of caspases, suggesting that any oxidation of caspases such as S-nitrosylation might not be responsible for the iron block of N-death. Interestingly, iron decreased TrkA activation without altering p75NTR expression, Therefore, taken from all these observations, I tentatively conclude here that iron can keep PCl2 cells from N-death probably through the modifications of an No-independent NGF-signaling pathway, although the possibility for the iron block of N-death by NO removal cannot be completely excluded;Nerve growth factor (NGF) 는 혈청이 없음으로써 일어나는 PCl2 세포사멸을 막아준다고 알려져 있다. 그러나 흥미롭게도 PCl2 세포를 poly-L-lysine 으로 처리한 plastic dish 에 배양했을 때 NGF가 있음에도 불구하고 우리 실험실에서는 세포 생존률이 이틀이상 유지되기 어려움을 알게 되었다. NGF 는 PCl2세포에서 nitric oxide (NO)를 생성시킨다고 알려져 있으며 dinitro-iron complex(DNIC) 와 같은 iron-N0 complex 가 caspase 활성을 억제함으로써 apoptosis를 막는다는 것이 잘 알려져 있다. 그렇기 때문에 혈청이 빠진 PCl2 세포에서 세포 내 철 이온을 증가시켜주면 우리가 관찰한 세포사멸 (N-death)을 억제할 가능성이 있는지 연구해 보았다. Iron-chelator complexes 를 처리하거나 FeCl2 를 직접 가해줌으로써 세포 내 철 이온 양을 증가시켰더니 이러한 N-death 가 억제됨을 알 수 있었다. NO scavenger 인 oxy-hemoglobin 역시 N-death를 억제 시켰고 철 이온을 처리했을 때 nNOS의 발현이 감소되었다. 이러한 결과들은 N-death 가 NGF 에 의해 생성 축적된 NO 에 의한 것이며 철 이온이 caspase 활성을 억제할 수 있는 iron-NO complex 를 형성함으로써 N-death 를 억제할 수 있다는 것을 반영한다. 그러나 NOS 억제제와 caspase 억제제는 N-death를 전혀 막지 못했으며 또한 철 이온은 S-nitrosylation과 같은 caspase 의 산화작용에 관여하지 않는 것으로 판명되었다. 흥미롭게도, iron은 p75NTR 의 발현은 변화시키지 않으면서 TrkA 의 활성화를 감소시켰다. 이러한 결과로부터 이 논문에서는, 비록 철 이온이 NO 를 제거함으로써 N-death 를 억제할 가능성을 완전히 배제할 수는 없지만, 철 이온이 NO 와는 무관한 NGF-signaling 경로를 조절함으로써 N-death 를 막아주는 것으로 잠정적인 결론을 내리고자 한다.