Role of Prx antioxidant proteins in Akt activation during extracellular stimulation

Abstract

Hydrogen peroxide, although considered toxic to the cell when its level becomes elevated, is also required in various cellular events such as cell proliferation, differentiation, and migration. Among antioxidant proteins, this study focuses on role of Prx antioxidant proteins during Akt signaling. Akt signaling is known to be enhanced by transient increase of intracelluar H2O2 under extracellular stimulation. We monitored Akt activation using immunoblots to detect phosphorylated Akt and imaging the local accumulation of phosphatidylinositol-3,4,5 trisphosphate (PtdIns(3,4,5)P3 in the plasma membrane. We also observed that PtdIns(3,4,5)P3 accumulation in plasma membrane was significantly increased in PrxI knock-out MEF than in wild-type MEF during PDGF activation. PrxII KO MEF showed same PtdIns (3,4,5)P3 accumulation in plasma membrane as in wild-type MEF cells. Furthermore, in A431 SiRNA-transfected cells, Prx I showed greater involvement in Akt phosphorylation at the threonine-308 while it is also involved, along with Prx II, in the phosphorylation at the serine-473. Further experimentation needs to be conducted to confirm this finding. Since the threonine-308 phosphorylation site is located in the catalytic domain, which has 100 folds enzymatic activity, of Akt compared to the 10 folds enzymatic activity at the serine-473, the involvement of Prx I in threonine phosphorylation may have greater role for local hydrogen peroxide (H2O2 ) regulation compared to its involvement and Prx II in Akt phosphorylation at the serine-473. Our study demonstrates that Prx I can be a key regulator of Akt signaling to control local hydrogen peroxide (H2O2) level around the plasma membrane.;그 동안의 연구에 의하면 세포 내에서 H2O2의 양이 많아지면 독성을 유발하게 되지만 적절한 농도의 H2O2는 세포 증식이나 분화, 그리고 세포 이동과 같은 다양한 세포 내 반응에 필요로 된다고 알려져 있다. 이러한 관점에서 우리의 연구는 Akt 신호 전달하는 동안에 항산화 효소 중 하나인 Peroxiredoxin의 역할에 대해 알아보고자 하였다. Akt 신호 전달은 세포 외 자극에 의하여 세포 내 H2O2의 양이 일시적으로 증가된다고 알려져 있다. 우리는 이러한 Akt 의 H2O2에 의한 활성을 관찰하기 위하여 세포막에 위치한 phosphatidylinositol-3,4,5 triphosphate(Ptdlns(3,4,5)P3)의 발현이 H2O2 에 의하여 일시적으로 축적되는지 관찰하였다. 우리는 또한 PDGF 자극을 주었을 때 세포막에서 Ptdlns(3,4,5)P3의 발현이 정상 발현의 MEF 세포에서 보다 PrxI이 결손된 MEF 세포에서 상당히 증가되는 것을 관찰하였다. 더욱이, A431 세포에서 PrxI을 siRNA방법으로 결손 시키면 Akt의 threonine 308번 잔기에서의 인산화가 상당히 증가되는 것을 알 수 있었고 또한, PrxII가 결핍된 세포에서는 Akt의 serine 473번 잔기에서의 인산화가 증가되는 현상을 알 수 있었다. Threonine 308번 인산화 부위에서의 효소 활성은 serine 473번 인산화 부위에서 효소 활성이 10배인 것에 비교 했을 때 100배로 높은 효소 촉매 활성을 나타내는 영역이기 때문에 threonine 인산화를 통한 Akt 신호 전달에서 PrxI의 관여는 serine 473번을 통해서 Akt 신호 전달에 관여하는 PrxII보다 국소적인 H2O2의 조절에 대하여 더 큰 역할을 수행할 수 있다. 이를 통해 우리의 연구는 PrxI이 세포막 주위에 축적되는 국소적인 H2O2의 조절을 통하여 Akt 신호 전달에 중요한 인자가 될 수 있다는 것을 증명하였다.