Superoxide Dismutase Gene Expression Induced by Lipopolysaccharide in Alveolar Macrophage of Rat

폐포대식세포에서 내독소 자극에 의한 Superoxide Dismutase 유전자발현의 조절 기전

Background: In the pathogenesis of acute lung injury induced by lipopolysaccharide(LPS), oxygen radiclls are known to be involved in one part. Superoxide dismutase(SOD) protects oxygen radical-induced tissue damage by dismutating superoxide to hydrogen peroxide. In eukaryotic cells, two forms of SOD exist intracellularly as a cytosolic, dimeric copper/zinc-containing SOD(CuZnSOD) and a mitochondrial, tetrameric manganese-containing SOD(MnSOD). But there has been little information about SOD gene expression and its regulation in pulmonary alveolar macrophages(PAMs). The objective of this study is to evaluate the SOD gene expression induced by LPS and its regulation in PAMs of rat. Method: In Sprague-Dawley rats, PAMs obtained by broncholaveolar lavage were purified by adherence to plastic plate. To study the effect of LPS on the SOD gene expression of PAMs, they were stimulated with different doses of LPS($0.01{\mu}g/ml{\sim}10{\mu}g/ml$) and for different intervals(0, 2, 4, 8, 24hrs). Also for evaluating the level of SOD gene regulation actinomycin D(AD) or cycloheximide(CHX) were added respectively. To assess whether LPS altered SOD mRNA stability, the rate of mRNA decay was determined in control group and LPS-treated group. Total cellular RNA extraction by guanidinium thiocyanate/phenolfchlorofonn method and Northern blot analysis by using a $^{32}P$-labelled rat MnSOD and CuZnSOD cDNAs were performed. Results: The expression of mRNA in MnSOD increased dose-dependently, but not in CuZnSOD. MnSOD mRNA expression peaked at 8 hours after LPS treatment. Upregulation of MnSOD mRNA expression induced by LPS was suppressed by adding AD or CHX respectively. MnSOD mRNA stability was not altered by LPS. Conclusion: These findings show that PAMs of rat could be an important source of SOD in response to LPS, and suggest that their MnSOD mRNA expression may be regulated transcriptionally and require de novo protein synthesis without affecting mRNA stability.

연구배경: 내독소에 의한 급성 폐손상의 발병기전에서 산소기가 중요한 역할을 한다는 사실은 잘 알려져 있다. 세포내에는 이러한 산소기에 의한 세포의 손상을 방지하는 정상 방어기전으로 여러 항산화효소가 존재하는데, 이중 SOD는 세포대사과정이나 외부 자극에 의해 생성된 superoxide로부터 세포의 손상을 방지하는 역할을 한다. 세포내 SOD는 주로 이중체의 구조로 세포질에 존재하는 CuZnSOD와 사중체의 구조로 미토콘드리아에 존재하는 MnSOD의 두 종류가 알려져 있으나, 폐포대식세포에서의 SOD mRNA 발현 및 그 조절기전에 대해서는 확실히 규명되어 있지 않다. 본 연구의 목적은 백서의 폐포대식세포에서 내독소 자극에 의한 MnSOD와 CuZnSOD mRNA 발현양상을 관찰하고 내독소 자극시 니타나는 SOD mRNA 발현의 조절기전을 규명하는데 있다. 방법: 백서의 기관지폐포세척액에서 얻은 세포를 plastic plate에 부착시켜 폐포대식세포를 분리한 후 내독소를 자극하여 내독소 용량($0.01{\mu}g/ml{\sim}10{\mu}g/ml$)과 자극시간(0, 2, 4, 8, 24 hrs)에 따른 MnSOD와 CuZnSOD MnSOD 발현양상을 Northern blot analysis를 시행하여 관찰하였다. 다음 단계로 MsSOD와 CuZnSOD mRNA 발현의 조절기전을 밝히고자 폐포대식세포를 각각 AD($5{\mu}g/ml$) 또는 CHX($5{\mu}g/ml$)로 전처치한 후 내독소로 자극하여 MnSOD와 CuZnSOD mRNA의 발현양상을 관찰하였다. 한편 내독소 투여가 SOD mRNA의 안정성을 변화시키는지 여부를 평가하기 위해 폐포대식세포를 대조군과 투여군으로 나누어 SOD mRNA의 분해속도를 비교하였다. 총 세포내 RNA는 guanidinium thiocyanate/phenol/chloroform법을 이용하여 추출하였고, Northern blot analysis는 $^{32}P$로 표지된 백서의 MnSOD와 CuZnSOD cDNAs를 이용하여 시행하였다. 결과: 백서의 폐포대식세포에서 MnSOD mRNA의 발현은 내독소 투여량의 증가세 따라 증가되었고 내독소를 투여하고 8시간후에 정점을 이루었으나, CuZnSOD mRNA의 발현은 내독소의 용량 및 투여후 반응시간에 따라 변화하지 않았다. 내독소 투여후 MnSOD mRNA의 발현증가는 AD 또는 CHX 각각의 전처치에 의해 모두 억제되었다. MnSOD mRNA의 안정성은 내독소 투여에 의해 변화하지 않았다. 결론: 이상의 결과로 백서의 폐포대식세포는 내독소 자극에 반응하여 SOD를 생성하는 중요세포이고, 내독소에 의한 MnSOD mRNA의 발현은 전사단계에서 조정되며 mRNA의 안정성을 변화시키지 않고 새로운 단백의 합성이 필요한 것으로 사료된다.