혈청이 없는 배양액에서 진행되는 PC12 세포사멸에 미치는 Nerve Growth Factor와 철의 영향

Abstract

혈청이 없는 배양액(serum free medium(SFM))에서 nerve growth factor(NGF)는 PC12 세포의 사멸을 막아 줄 뿐만 아니라 신경성 분화를 유도한다고 알려져 있다. 그러나, 본 연구에서는 SFM에서 NGF에 의해 억제되지 않는 세포사멸을 관찰하였으며 또한 그러한 사멸이 철에 의해 저해된다는 사실을 관찰하였다. NGF에 의해 억제되지 않는 세포사멸은 DNA smear와 전자현미경 관찰에서 많은 세포질 손상을 보임으로써 사멸의 경로가 괴사(necrosis) 형태와 유사하였다. 그러나, NGF에 의해 억제되지 않는 세포사멸은 단백질 합성 억제제에 의해 저해되는 자발적 과정(active process)도 보여주었다. 철은 DNA 합성과 산화, 호흡대사에 필수적인 요소이며 신경세포에서는 괴사형태의 사멸을 일으킨다고 알려져 있지만, NGF가 있을 때 보이는 세포사멸은 오히려 저해하는 상반된 효과를 보였다. 이러한 절의 사멸 억제효과는 100μM에서 가장 뚜렷하였고, 다른 양이온(Zn^(2+), Mg^(2+), Al^(3+))은 사멸 억제효과를 나타내지 않았다. 또한, NGF와 철이 동시에 첨가된 조건에서는 NGF가 저해하지 못하는 사멸 시에 나타나는 DNA smear와 세포질의 손상이 나타나지 않았다. 세포주기 탐색결과로 보아 세포사멸을 막지 못하는 NGF와 세포생존을 유도하는 철의 작용기작은 세포주기 조절과 관련이 있는 것으로 보여진다. 이러한 결과는 SFM에서 NGF에 의한 PC12 세포의 생존과 신경성 분화 유도가 실패할 수 있으며 이러한 경우 철은 NGF와의 상호작용을 통해 세포사멸을 억제할 수 있다는 사실을 제안한다.;Nerve growth factor(NGF) is known to prevent PC12 cells from degenerating under serum free medium(SFM) and to promote them to differentiate into neuronal-like cells. However, it was observed in this study, that NGF accelerated PC12 cell death induced by serum withdrawal. Also, the NGF-mediated cell death was observed to be blocked by iron. Such an NGF-mediated cell death was characterized to be necrotic by its random DNA degradation and cytosolic breakdowns. However, a cycloheximide, a protein synthesis inhibitor, could block it, suggesting that the NGF-mediated cell death might occur actively. Interestingly, iron that is known to be an essential component in DNA synthesis and in oxidative respiratory metabolism would apparently block the NGF-mediated cell death. The effect of iron occurred in a concentration dependent manner and other cations(Zn^(2+), Mg^(2+), Al^(3+)) did not exert any similar effect. Iron could also block DNA-random degradations and cellular damages. Cell cycle research indicate that cell cycling somewhat delayed in iron-induced cell survival. From all these results, I suggest that iron is a necessary component for NGF to exert its protective role against necrotic cell death.