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Intracellular K+ inhibits apoptosis by suppressing the formation of the Apaf-1 apoptosome and downstream pathways

Intracellular K+ inhibits apoptosis by suppressing the formation of the Apaf-1 apoptosome and downstream pathways
Issue Date
대학원 분자생명과학부
이화여자대학교 대학원
Cells lose intracellular K^+ upon apoptotic insult. Apoptosis can be suppressed by inhibition of the efflux by K^+ channel blockers, or by high concentrations of extracellular K^+. In our studies, blockage of K^+ efflux during staurosporine-induced apoptosis did not affect cytochrome c release from mitochondria, but completely inhibited the processing of procaspase-9, -3, -8 and other death-related proteins. Importantly, K^+ efflux blockage prevented the formation of the apoptosome, a multiprotein complex comprising cytochrome c, Apaf-1, dATP and caspase-9, indicating that the protective effect of intracellular K^+ against apoptosis occurs mainly at the site of apoptosome formation. Further supporting this theory, apoptosome formation induced by dATP and cytochrome c in a cell-free system was significantly inhibited by 150 mM K^+ (normal physiological levels). Physiological concentrations of K^+ also inhibited the processing of procaspase-3 by caspase-8 or -9, nucleosomal DNA fragmentation by purified DFF40/CAD and nuclear fragmentation to varying extents. The findings of the present study strongly suggest that the downstream apoptotic pathway may be tuned at relatively low concentrations of K^+.;세포사멸을 유도하는 신호가 세포 내에 주어지면 세포 내의 K^+ 농도가 감소한다고 알려져 있다 세포 사멸과정에 수반되는 세포내의 K^+ 의 유출이 막히게 되는 조건, 즉 K^+ channel 저해제를 처리하거나 세포 밖의 K^+ 농도를 고농도로 유지시켜주는 상황에서는 세포사멸이 저해된다. 본 논문에서는 staurosporine 에 의해 유도된 세포사멸동안 미토콘드리아로부터 유출된 cytochrome c 가 존재함에도 불구하고 일어나는 K^+ 의 유출을 막음으로써 caspase-9, -3, -8 을 비롯한 세포사멸시 관여하는 여러 단백질들의 processing이 완전히 저해되는 결과를 관찰하였다. 특히 K^+ 의 유출을 막음으로써 cytochrome c , Apaf-1, dATP 로 구성된 복합단백질체인 apoptosome의 형성이 막히는 결과는 세포사멸에 대한 세포내의 K^+ 의 세포보호 작용의 주요 적용단계가 apoptosome의 형성이라는 것을 의미한다. 이 이론을 뒷받침할 수 있는 근거로 cell - free system 에서 dATP 와 cytochrome c 에 의해 유도된 apoptosome의 형성이 정상적인 세포내 K^+ 농도인 150mM 에서 저해된 것을 결과를 들 수 있다. 또한 정도의 차이는 있었으나 cell - free system에서 정상적인 세포내 K^+ 농도에 의해서 apoptosome의 하위체계에 해당하는caspase-9 이나 caspase-8에 의한 procaspase-3의 processing 이 저해되었고, 정제된 DFF40/CAD에 의한 DNA 절편화 현상 및 핵막 분해 현상도 다양한 정도로 저해되는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 연구 결과를 통해 세포사멸의 신호전달 과정 중 하위 체계에 해당하는 여러 현상들이 상대적으로 낮아진 세포내 K^+ 에 의해 조절된다는 것을 제안한다.
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