Inhibition of HSP27 alleviates Pulmonary Fibrosis

Abstract

Part 1. Radiation-induced pulmonary fibrosis (RIPF) is the main side effect after thoracic irradiation for lung cancer, however, the protective strategies and the underlying mechanisms remain to be investigated. The expression of heat shock protein 27 (HSP27) was increased during RIPF with impaired lung function following focal high dose irradiation in limited lung volumes. Exacerbation of pulmonary fibrosis by ionizing radiation (IR) was also found in HSP25 transgenic (TG) mice. Knockdown of HSP27 to lung epithelial cells inhibited IR-mediated epithelial–mesenchymal transition (EMT). J2, a synthetic small molecule inhibitor of HSP27, significantly alleviated pulmonary fibrosis by IR in control and TG mice, and the therapeutic effects were better than pirfenidone and amifostine. HSP27 directly interacts with IkBα through protein binding and activates NFkB pathway. Subsequently, expressions of Twist, IL-1β and IL-6 increased through Nucleus translocation of NFkB. Collectively, HSP27 induces IkBα-NFkB signaling activation and increases Twist, IL-1β and IL-6 expression, is involved in EMT program that tightly connected to development of RIPF. Our findings also suggest that inhibition of HSP27 has the potential to become a valuable therapeutic strategy for RIPF. Part 2. Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a fatal disease that has been known to induce fibrosis in the lungs without certain causes, and is usually known to die within three years after diagnosis. However, no drug has been recognized as an effective agent for increasing the survival rate of IPF. Also, the pathogenesis of IPF has not yet been clearly identified. Pulmonary fibrosis is characterized by ECM abnormalities, epithelial to mesenchymal transition (EMT), and the differentiation of myofibroblast derived from various cell types. Heat shock protein 27 (HSP27) has been reported to be strongly upregulated during radiation (IR) and bleomycin (BLM)-induced pulmonary fibrosis and in IPF patients. Therefore, in this study, I investigated the role of HSP27 during lung fibrogenesis, especially focus on EMT processing through in vitro and in vivo system. IR and BLM-induced pulmonary fibrosis was exacerbated in HSP25 transgenic (TG) mice. J2, a synthetic small molecule inhibitor of HSP27, significantly attenuated fibrosis developments in these models. To elucidate the mechanisms of HSP27-mediated fibrosis, knockdown of HSP27 by shRNA or J2 was treated to lung normal epithelial cells and found that functional HSP27 inhibition blocked TGF-β1-mediated EMT. Also, cDNA microarray and further immunohisto-chemical analysis revealed that upregulation of LRRC15 was observed in IR and BLM-induced fibrotic lungs, which were strongly induced in HSP25 TG mice. Moreover, these phenomena were significantly restored in J2-treated mice, suggesting that even though more detailed experiments are under the progression, LRRC15 might be a candidate target for HSP27-mediated pulmonary fibrosis development.;방사선 유발 폐섬유화 (RIPF)는 폐암에 대한 흉부 방사선 조사 후 주요 부작용이지만, 보호 전략 및 기본 메커니즘은 아직 정확히 규명되지 않았다. 열 충격 단백질 27 (HSP27)의 발현은 제한된 폐 부피에서 국소 고용량 방사선 (IR) 조사 후 RIPF 동안 증가되었다. HSP25 과 발현 (TG) 마우스에서 방사선에 의한 폐섬유화의 악화가 확인되었다. 또한, HSP27의 발현이 억제된 폐 상피 세포에서 방사선 매개 상피-중간 엽 전이 (EMT)를 억제가 확인되었다. HSP27의 합성 저분자 억제제 인 J2는 대조군 및 TG 마우스에서 방사선에 의한 폐섬유화를 유의하게 완화 시켰으며, 치료 효과는 기존에 사용되는 치료제보다 우수하였다. 본 연구에서는 HSP27이 단백질 결합을 통해 IkBα와 직접 상호 작용하고 NFkB 경로를 활성화함을 증명하였다. 이후, 활성화된 NFkB의 핵으로의 이동으로 인해 Twist, IL-1β 및 IL-6의 발현이 증가 하였다. 종합적으로, HSP27은 IkBα-NFkB 신호 활성화를 유도하고 Twist, IL-1β 및 IL-6 발현을 증가 시키며, RIPF의 발달에 밀접한 관련이 있는 EMT 과정에 관여한다. 우리의 연구 결과는 또한 HSP27의 억제가 RIPF에 대한 귀중한 치료 전략이 될 가능성이 있음을 시사한다. PARTⅡ에서는 방사선에 의해 유도되는 폐섬유화의 좀더 큰 범위인 특발성 폐섬유화 (IPF)에 대해 연구하였다. 특발성 폐섬유화는 원인불명으로 폐에 섬유화를 발생하는 것으로 알려진 치명적인 질병이며, 진단 후 3 년 이내에 사망하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나, IPF의 생존율을 증가시키기 위한 효과적인 약물은 현재까지 개발되지 않았으며, IPF의 병인 또한 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. 폐섬유화는 ECM 이상, 상피에서 중간 엽 전이 (EMT) 및 다양한 세포 유형으로부터 유래 된 근섬유 아세포의 분화를 특징으로 한다. HSP27은 IR 및 블레오마이신 (BLM)으로 유발된 폐섬유화 및 IPF 환자에서 강력하게 상향 조절되는 것으로 보고되었다. 따라서, 이 연구에서 폐 섬유 형성 동안 HSP27의 역할, 특히 체 외 및 생체 내 시스템을 통해 EMT 처리에 초점을 조사했다. IR 및 BLM- 유발 폐섬유화는 HSP25 과 발현 (TG) 마우스에서 악화되었다. HSP27의 합성 저분자 억제제 인 J2는 이들 모델에서 섬유화 발생을 상당히 약화시켰다. HSP27-매개 섬유화의 메카니즘을 설명하기 위해, shRNA 또는 J2에 의한 HSP27의 발현을 억제한 폐 정상 상피 세포에서 실험한 결과를 바탕으로, 기능적 HSP27 억제가 TGF-β1- 매개 EMT를 차단한다는 것을 발견 하였다. 또한, cDNA 마이크로 어레이 및 추가 면역 조직 화학적 분석은 LRRC15의 발현증가가 IR 및 BLM- 유도 섬유 성 폐에서 나타난다는 것을 밝혀냈으며 이러한 현상은 HSP25 TG 마우스에서 강력하게 나타났다. 더욱이, LRRC15의 발현 증가는 J2 처리 된 마우스에서 유의하게 회복되었는데, 이는 보다 더 많은 실험이 필요하지만, LRRC15가 HSP27-매개 폐섬유화 발달의 후보 표적 일 수 있음을 제시한다.