Superoxide Dismutase Gene Expression in the Endotoxin-Treated Rat Lung

내독소에 의한 백서 폐장의 Superoxide Dismutase 유전자 발현에 관한 연구

Background: It is well known that oxygen free radicals(OFR) play a vital role in the various type of acute lung injury. Among various antioxidant defense mechanisms, the superoxide dismutases(SOD) are thought to be the first line of antioxidant defense by catalyzing the dismutation of two superoxide radicals to yield hydrogen peroxide and oxygen. Eukaryotic cells contain two types of intracellular SOD : cytosolic, dimeric copper/zinc- containing enzyme(CuZnSOD) and mitochondrial, tetrameric manganese-containing enzyme(MnSOD). The purpose of this study is to evaluate the time-dependent gene expression of MnSOD and CuZnSOD in the endotoxin-treated rats, and to compare with the manifestations of LPS-induced acute lung injury in rats. Methods: Total RNA from rat lung was isolated using single step phenol extraction 0, 1, 2, 4, 6, 12, 18, 24 hours after E. coli endotoxin injection(n=3, respectively). RNA was separated by formaldehyde-containing 1.2% agarose gels elctrophoresis, transblotted, baked, prehybridized, and hybridized with $^{32}P$-labeled cDNA probes for rat MnSOD and CuZnSOD, which were kindly donated by Dr. Ho(Duke University, Durham, NC, USA). The probes were labeled by nick translation. Blots were washed and autoradiography were quantitated using laser densitometry. Equivalent amounts of total RNA/gel were assessed by monitoring 28S and 18S rRNA. Results: Endotoxin caused a rise in steady-state MnSOD mRNA levels by 4h with peak mRNA accumulation by 6h. Continued MnSOD mRNA expression was observed at 12h. CuZnSOD mRNA expression was observed from 1h to 24h with peak levels by 18h. Conclusion: These results suggest that SOD palys an important defensive role in the endotoxin-induced acute lung injury in rats.

연구배경 : 산소기가 여러 종류의 급성 폐손상에 중요한 역할을 한다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 생체내에는 여러 항산화 방어기전이 존재하는데, SOD는 두 개의 superoxide radical이 과산화수소와 산소로 dismutation되는 과정을 $10^4$배 촉진시키는 효소로서 산소기에 대한 일차적인 방어기전으로 작용한다. Eukaryotic 세포내에는 두 가지 종류의 SOD가 존재하는데, 하나는 세포질에 위치하고 이중체(dimeric)의 구조를 가지며 구리와 아연을 포함하는 효소(CuZnSOD)이고, 또 하나는 미토콘드리아에 있고 사중체(tetrameric)의 구조를 갖는 망간을 포함하는 효소(MnSOD)이다. 내독소에 의한 백서의 급성 폐손상 모델에서 내독소 투여 후 시간 경과에 따른 백서 폐장의 MnSOD와 CuZnSOD의 유전자 발현을 관찰하여 이를 급성 폐손상의 양상과 비교하고자 본 연구를 시행하였다. 방법 : 백서에 E. coli의 내독소를 투여한 후 0, 1, 2, 4, 6, 12, 18, 그리고 24시간 후에 백서를 희생시켜 폐장을 얻은 후 폐장의 총 RNA를 single step phenol extraction 방법으로 추출하였다(n=3, respectively). 총 RNA를 formaldehyde를 함유한 1.2% agarose gel 에 전기영동하고, gel의 RNA를 nylon membrane으로 transfer시켰다. Nylon membrane을 $^{32}P$로 labeling시킨 MnSOD와 CuZnSOD를 probe로 하여 hybridization하고 autoradiography를 시행하였다. 결과 : 내독소률 투여하고 4시간후부터 MnSOD mRNA가 발현되기 시작하여 6시간에 최고치를 보였고, 약 12시간까지 지속되었으며, 24시간이 경과한 후에는 대조군의 수준으로 감소되었다. CuZnSOD 유전자는 내독소를 투여하고, 1 시간후부터 발현되기 시작하여 24시간까지 지속되었는데, 18시간에 최고치에 도달하였다. 결론 : 이상의 결과는 SOD가 백서에서 내독소에 의해 유발된 급성 폐손상에 대한 방어기전에 관여 할 가능성을 시사하는 것으로 생각된다.