Functional Characterization Oxi-β protein In Oxidative Stress-induced Dopamine Neuronal Cell Death

Abstract

Parkinson's disease (PD) is characterized by degenerative loss of dopamine (DA) neuron on substantia nigra pars compacta (SNpc). The precise molecular basis for such degeneration is presently unknown, and current therapies offer only symptomatic treatment rather than prevention of neuron death. Oxidative stress (OS) exerts a significant pathological role for apoptosis and/or autophagic cell death of SNpc DA neurons in experimental models of PD and PD patients. However, it is largely unknown what molecules are responsible for the selective susceptibility of DA neurons to OS and how these molecules affect the DA neuronal cell death. Using our DA cell line model, SN4741, the previous microarray analysis help identify a group of novel genes, called Oxi gene family including Oxi-β. Oxi-β protein is a cytosolic protein that is moderately expressed in DA neuronal cells and phylogenetically conserved. Of interest, OS dramatically up-regulated the expression of Oxi-β during the OS-induced DA cell death. Moreover Oxi-β was specifically increased by the PD-related toxins, such as rotenone, MPP+ and 6-OHDA. Overexpression of Oxi-β increased significantly the DA neuronal cell death by activation of caspase-3. The gene specific knockdown experiment demonstrates the dramatic protection effect against OS-induced cell death. Genechip analysis revealed the potential downstream target genes including Fbxw5, of which expression was significantly increased by the overexpression of Oxi-β. The overexpression of Fbxw5 also demonstrated the significant proapoptotic effect in DA neuronal cells. Our findings present some clear evidence for the functional role of a novel proapoptotic molecule Oxi-β and its related signal pathway during the OS-induced DA cell death.;Parkinson's disease는 흑질(Substantia nigra pars compacta, SNpc)이라고 불리 우는 곳의 도파민 뉴런의 감소로 유발되는 질병으로 알려져 있다. 하지만 정확한 병인과 분자생물학적 기작이 정확하게 알려져 있지는 않아 치료법도 뉴런의 감소를 늦추는 것에 그치고 있다. Oxidative stress는 Parkinson's disease 실험동물모델과 환자에게서 흑질의 도파민 뉴런의 apoptosis와 autophagic cell death가 일어나는데 주요한 요인이 되는 인자이다. 하지만 이 oxidative stress가 어떠한 기작을 통해 도파민 뉴런을 선택적으로 감소시키는지에 대해서는 분자생물학적으로 많이 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 형질전환 마우스를 이용해 자체개발한 도파민 세포주 모델인 SN4741을 이용하여 microarray를 수행하여 Oxi-gene family의 한 구성원인 Oxi-β 를 찾아내었다. 흥미롭게도, Oxi-β 단백질은 oxidative stress와 Parkinson's disease를 일으킨다고 알려진 toxin들인 rotenone, MPP+, 6-OHDA들에 의한 도파민 뉴런세포 사멸시 극적으로 그 수치가 증가하는 것을 본 실험에서 밝힐 수 있었다. 이 결과와 일치해서 Oxi-β 를 과발현 시켰을 때 Caspase-3 활성 증가로 인한 cell death가 눈에 띄게 증가함을 확인했다. 이와 일치해서 siRNA를 이용한 gene knockdown 기법으로 Oxi-β 의 발현을 저해시켰을 때 oxidative stress로 인한 도파민 신경 세포의 cell death가 극적으로 감소하는 것으로 확인되었다. 마지막으로, Oxi-β 에 반응하는 downstream gene들을 화인하기위해 Gene chip analysis를 이용하여 Oxi-β 의 가능한 downstream 유전자인 Fbxw5를 찾아내었다. 흥미롭게도 Fbxw5 또한 도파민 세포에서 높은 proapoptotic 효과가 있는 것을 확인 할 수 있었다. 결론적으로 본 실험을 통하여 Oxi-β 단백질이 apoptosis를 유도하는 분자임을 확인하였고 동시에 이 단백질이 oxidative stress로 인한 도파민 세포의 죽음에 중요한 기능을 담당하는 분자임을 밝혀내었다