Inhibitory Role of Polyamines in Dexamethasone-induced Apoptosis of Mouse Thymocytes

Dexamethasone에 의한 생쥐 흉선의 Apoptosis에서 Polyamine의 역할

It has been well known that polyamines ensure the stability of chromatin structure and the fidelity of DNA transcription. This study was carried out to evaluate the effect of polyamines on the apoptosis of mouse thymocytes induced by dexamethasone and polyamine synthesis inhibitors. 1) In the histological death findings of thymocytes double-stained with acridine orange and ethidium bromide, the apoptotic and the necrotic fractions (AF; NF) in the control group were $9.4{\pm}4.2%$ and $4.5{\pm}5.3%$, respectively. Dexamethasone $(3\;{\times}\;10^{-8}\;M:\;DX)$ in creased AF upto $52.0{\pm}8.1%$ and did not change NF, but A23187 $(5\;{\times}\;10^{-7}\;M:\;A2)$ increased AF and NF upto $45.0{\pm}8.9%$ and $20.5{\pm}10.6%$, respectively. 2) The thymocyte viability was significantly reduced by DX, DHEA $(1\;{\times}\;10^{-4}\;M)$, A2, DFMO $(1\;{\times}\;10^{-4}\;M)$, and $MGBG\;(1\;{\times}\;10^{-4}\;M)$, respectively. It was, however, little affected by $aminoguanidine\;(1\;{\times}\;10^{-4}\;M:\;AG)$, $putrescine\;(1\;{\times}\;10^{-5}\;M:\;PT)$, $spermidine\;(1\;{\times}\;10^{-5}\;M:\;SD)$, and $spermine\;(1\;{\times}\;10^{-5}\;M:\;SM)$. 3) The genomic DNA of mouse thymocyte was markedly fragmented by DX and A2, respectively, and to a lesser extent, by DHEA, but was little affected by MGBG, DFMO, AG, and each of polyamines. 4) The DX induced reduction of thymocyte viability was moderately attenuated by DHEA, but little affected by DFMO, MGBC, and AG. However, SM significantly attenuated the viability reduction induced by A2 as well as DX. 5) The thymocyte viability reduction by MGBG and DFMO was significantly attenuated by only SM among three polyamines applied in this study. 6) The thymocyte viability redution by combined treatments of DX with DFMO and MGBG, respectively, was significantly attenuated by SM, and moderately by PT. But the viability reduction by combined treatment of DX with AG or DHEA was not affected by polyamines. These results suggest that polyamines, particularly spermine, might play the inhibitory role in thymocyte apoptosis and the inhibitory effect can be ascribed in part to the increase of polyamine uptake by thymocytes pretreated with DFMO and MGBG.

세포내 polyamine은 DNA 구조 뿐 아니라 전사과정, 세포의 성장, 분화, 및 증식 등에 간여하는 바, 배양 흉선세포의 apoptosis 을 억제한다고 한다. 따라서 dexamethasone에 의한 생쥐 흉선세포의 apoptosis 반응에 대한 polyamine의 억제작용을, polyamine 생성과 대사억제제들로 처치한 흉선세포의 일차배양실험에서 관찰하여, 그 결과를 A23187과 DHEA의 작용과 비교하였다. 1) 흉선세포 생존율이 dexamethasone, DHEA, A23187, DFMO, MGBG들에 의하여 직접 현저히 억제되며, aminoguanidine, putrescine, spermidine, 및 spermine들에 의해서는 영향을 받지 않았다. 2) 흉선세포 DNA의 분절화가 dexamethasone과 A2318T에 의하여 유의하게 증강되어 있으며 DHEA에 의하여도 다소 증가되었으나, DFMO, MGBG, aminoguanidine, putrescine, spermidine, 및 spermine들에 의하여는 크게 영향을 받지 않았다. 3) Dexamethasone에 의한 흉선세포의 apoptosis는 DHEA에 의하여 억제된 반면, DFMO, MGBG, 및 aminoguanidine에 의하여는 영향을 받지 않았다. Spermine은 dexamethasone과 A23187에 의한 세포생존율 감소를 유의하게 억제하였으며, A23187에 의한 세포생존율 감소는 putrescine과 spermidine에 의하여도 억제되는 경향을 보였다. 4) DFMO 및 MGBG에 의한 흉선세포 생존율 감소는 spermine에 의해 현저히 억제되었으나, putrescine과 spermidine에 의하여는 영향을 받지 않았다. 5) Dexamethasone을 DFMO 또는 MGBG와 병합처치하여 나타나는 흉선세포 생존율 감소는 각각 spermine과 putrescine에 의하여 유의하게 억제되었으나, aminoguanidine 또는 DHEA와 dexamethasone의 병합처치에 의한 생존율 감소는 polyamine 전처치에 의해 감소되지 않았다. 이상의 결과는 polyamine이 흉선세포의 apoptosis 반응을 억제할 수 있고, 이같은 억제효과의일부가 $[Ca^{2+}]_i$ 증가에 관련되는 신호전달과정과 연관될 뿐 아니라, 세포막의 polyamine transporter를 통한 polyamine 섭취가 이들의 생합성 또는 유리기능과 함께 세포내 polyamine 함량을 조정하므로, 흉선세포의 apoptosis에 억제적으로 작용할 수 있음을 시사하는 것으로 사료된다.