PTEN oxidation as well as PI3K activation is required for PI3K/Akt signal pathway

Abstract

PI3K and its downstream signaling molecules, PDK1 and Akt were analyzed in SK-N-SH and SK-N-BE(2) human neuroblastoma cell lines. When cells were stimulated with insulin PI3K was activated in both cell lines, while translocation of PDK1 and phosphorylated Akt were observed only in SK-N-SH cells. Analyses of the insulin mediated H_(2)O_(2) generation and PTEN oxidation indicate that PTEN oxidation appeared in SK-N-SH cells which can produce H_(2)O_(2) not in SK-N-BE(2) cells which cannot increase H_(2)O_(2) by insulin stimulation. When SK-N-SH cells pretreated with DPI, NAD(P)H oxidase inhibitor, prior to insulin stimulation, the insulin-mediated translocation of PDK1 to the plasma membrane and phosphorylation of Akt were remarkably reduced while PI3K activity was not changed significantly. In contrast, treatment of H_(2)O_(2) to the cells did not change PI3K activity significantly although phosphorylation of Akt markedly increased in these cell lines. These results indicate that H_(2)O_(2) mainly contributed to inactivation of PTEN not to activation of PI3K in PI3K/Akt signaling. However, only PTEN inactivation without PI3K cannot induce the activation of Akt. Thus, it is indicated that not only PI3K activation but also inhibition of PTEN by H_(2)O_(2) is needed to increase cellular level of PI(3,4,5)P3 for recruiting downstream signaling molecules such as PDK-1 and Akt in insulin mediated signaling.;SK-N-SH, SK-N-BE(2)의 두 세포에서 PI3K/Akt 의 신호 전달 체계를 분석해 보았다. 인슐린을 처리했을 때 PI3K는 두 세포에서 모두 활성화 되었지만, PDK1의 membrane으로의 이동과 Akt의 활성화는 SK-N-SH에서만 일어났다. 또한, 인슐린에 의해 H_(2)O_(2)를 생성할 수 있는 SK-N-SH에서만 PTEN이 산화되었고 H_(2)O_(2)를 생성하지 못하는 SK-N-BE(2)에서는 PTEN이 산화되지 않았다. SK-N-SH에서 활성산소를 생성하지 못하도록 NAD(P)H oxidase의 억제제인 DPI를 인슐린 전에 처리하여 주면, PI3K의 활성화에는 변화가 없었지만 인슐린에 의해 일어났던 PDK1의 이동과 Akt의 활성화는 크게 감소되었다. 반대로 H_(2)O_(2)는 PDK1의 이동과 Akt의 활성화를 유도하지만 PI3K 활성화에는 거의 영향을 미치지 않았다. 이상의 결과들은 H_(2)O_(2) 가 PI3K의 활성화가 아닌 PTEN의 비활성화를 통해 PI3K/Akt 신호전달에 기여한다는 것을 보여준다. H_(2)O_(2) 처리하기 전에 PI3K의 억제제인 LY294002를 처리하여 준 세포에서는 Akt의 활성화가 H_(2)O_(2)만 처리했을 때와 비교해서 크게 감소하였다. 이것은 인슐린에 의한 신호전달에 있어서 PTEN의 비활성화와 PI3K의 활성화 두 작용이 모두 필요하다는 것을 의미한다.