Characterization of Oxi-α/Tnfaip8 as a novel autophagy marker

Abstract

Parkinson's disease (PD), a neurodegenerative movement disorder, is characterized by specific cell loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. Both altered autophagy and oxidative stress are considered as major pathogenic mechanisms underlying dopaminergic neurodegeneration. However it is largely unknown how autophagy is altered by oxidative stress. Previous studies have identified and characterized a novel autophagy regulator gene family, namely Tnfaip8/Oxi-gene family, which is also known to be involved in cell death, tumor growth and metastasis. Oxi-α/Tnfaip8 plays a regulatory role in the inhibition of autophagy via phosphorylation of mTOR kinase, a major regulator of the cellular autophagic signaling pathway. Of interest, two different physiological conditions affect on autophagy by regulating the expression levels of Oxi-α/Tnfaip8. Under oxidative stress condition, the expression of Oxi-α/Tnfaip8 was downregulated and autophagy was increased in the dopaminergic neuronal cell SN4741. In contrast, the insulin treatment significantly upregulated the expression of Oxi-α/Tnfaip8 and autophagy was inhibited via the increased phosphorylation of mTOR in hepatocytes. In this study, I demonstrated that Oxi-α/Tnfaip8 is used as a potential autophagy marker because it represents more accurate cellular autophagic conditions than the various known autophagy makers, such as LC3, p62, Beclin-1. I used both the hepatic HEPA 1-6 cell model and the dopaminergic SN4741 cell model. Especially, HEPA 1-6 cell model expressed the moderately high level of Oxi-α/Tnfaip8, which was inducible by insulin. There is also a good correlation between Oxi-α/Tnfaip8 levels and cellular autophagic conditions. For instance, when either the autophagy inducer, such as HBSS, H_(2)O_(2), rapamycin and staurosporine, or the autophagy suppressor such as insulin, were treated, the expression levels of Oxi-α/Tnfaip8 appeared to reflect more accurately the cellular autophagic states than the other known autophagy markers. Therefore, this study may support the notion that Oxi-α/Tnfaip8 can be served as a good autophagy marker in various cellular physiological conditions. Furthermore, Oxi-α/Tnfaip8 may be used as a diagnostic biomarker for altered autophagy under the pathogenic oxidative stress conditions observed in Parkinson's disease patients.;퇴행성 운동 질환인 파킨슨병은 뇌의 흑색질에 존재하는 도파민 뉴런의 특이적인 사멸을 특징으로 하는 질환이다. 산화적 스트레스에 의한 비정상적인 오토파지 활성이 파킨슨 병의 주요한 병리학적 기전으로 알려져 있지만, 어떠한 분자적 조절기전으로 산화 스트레스가 오토파지를 손상시키는가에 대해서는 아직까지 명확하게 알려진 바가 없다. 이에 대해 최근 우리 실험실에서는, 도파민 뉴런에서 오토파지를 조절하는 중요한 유전자 집단인 Oxi gene family를 발견하였다. 이 유전자 집단은 오토파지뿐만 아니라 세포 사멸 그리고 암 세포의 성장과 전이에도 관여하는 것으로 알려져 있다. Oxi-α 는 Oxi-gene family에 속한 단백질 중 하나로, 오토파지의 주요 조절 센터인 mTOR의 활성을 증가시켜 오토파지를 억제하는 역할을 담당한다. 지금까지 두 가지 서로 다른 생리적 조건에서, Oxi-α의 발현 변화와 이로 인한 오토파지 조절 변화에 대해 밝혔는데, 산화스트레스가 유발되는 상황에서는 Oxi-α 의 발현이 감소하여 오토파지가 촉진되고 반대로 세포에 인슐린을 처리한 상황에서는 Oxi-α 의 발현이 증가하여 오토파지가 억제되었다. 본 연구에서는 세포의 생리적 상태를 잘 반영하는 Oxi-α의 이러한 특징과 기존의 마커들과는 차별화된 장점들을 바탕으로, 새로운 오토파지 마커로써 Oxi-α의 활용 가능성에 대해 논하였다. 이를 위해 HEPA 1-6과 SN4741 세포를 이용한 여러 실험들을 진행하였는데, 그 중에서도 비교적 Oxi-α의 발현 정도가 높은 HEPA 1-6 세포를 주로 활용하였다. 본 연구결과는 새로운 오토파지 마커로써 Oxi-α의 활용 가능성뿐만 아니라 나아가 파킨슨병 환자들에게서 공통적으로 관찰되는 비정상적인 오토파지 조절을 진단하는 데에 있어 Oxi-α가 중요한 마커 역할을 할 수 있을 것임을 시사한다.