Immunohistochemical Studies for TIMP-1 and TIMP-2 Expression after Irradiation in Lung, Liver and Kidney of C57BL/6 Mouse

C57BL/96 Mouse의 폐, 간, 신장에서 방사선조사 후 TIMP-1, TIMP-2의 발현에 대한 면역조직화학적 연구

Purpose : Changes in the balance between MMP and TIMP can have a profound effect on the composition in the extracellular matrix (ECM) and affect various cellular functions including adhesion, migration, differentiation of cells, and fibrosis and invasion and metastasis of cancer cells. Radiation therapy is a popular treatment modality for benign and malignant tumor, but the study for radiation effect on MMP and TIMP is scarce. In the current study, we have examined the expression of TIMP in fibrosis-prone (C57BL/6) mice after radiation. Methods and Materials : Adult female mice of $10\~12$ weeks were used. The whole body were irradiated using a Varian CL-4/100 with 2 and 10 Gy. Immunohistochemical staining was peformed according to Avidin Biotin complex method and evaluated by observing high power field. For TIMP-1, TIMP-2 antibodies, reactivity was assessed in the parenchymal cell and in the stromal cell. The scale of staining was assessed by combining the quantitative and qualiative intensity of staining. Results : TIMP-1 immunoreactivity did not change in lung. But, in liver, TIMP-1 immunoreactivity was localized in cytoplasm of hepatocyte and Kupffer cell. in kidney, TIMP-1 immunoreactivity was localized in cytoplasm of some tubular cell. Temporal variations were not seen. Dose-response relationship was not seen except kidney. TIMP-2 immunoreactivity in lung was a score (++) at 0 Gy and elevated to a score (+++) at 2 Gy. TIMP-2 immunoreactivity was a score (++) in liver at 0 Gy. TIMP-2 immunoreactivity was localized in cytoplasm of hepatocyte and Kupffer cell as same as patterns of TIMP-1 immunoreactivity. The TIMP-2 immunoreactivity in liver was elevated to (+++) at 2 Gy. Immunoreactivity to TIMP-2 in kidney was a score (+++) at 0 Gy and was not changed at 10 Gy. The score of TIMP-2 immunoreactivity was reduced to (++) at 2 Gy. TIMP-2 immunoreactivity was confined to tubules in kidney. Temporal variation of TIMP-2 immunoreactivity was irregular. Dose-response relationship of TIMP-2 immunoreactivity was not seen. Conclusions : Differences between intensity of expression of TIMP-1 and TIMP-2 in each organ was present. Expression of TIMP was localized to specific cell in each organ. Irradiation increased TIMP-1 immunoreactivity in the liver and the kidney. Irradiation increased TIMP-2 immunoreactivity in the lung. But, in the liver and the kidney, TIMP-2 expression to radiation was irregular. Temporal variation of TIMP-2 immunoreactivity was irregular. Dose-response relationship of TIHP-2 immunoreactivity was not seen. In the future, we expect that the study of immunohistochemical staining of longer period of postirradiation and quantitative analysis using western blotting and northern blotting could define the role of TIMP in the radiation induced tissue fibrosis.

목적 : 피부나 폐, 간, 신장 등의 섬유화가 방사선 조사 후 주요한 부작용 중의 하나이나 아직까지 이 과정에서 $TGF-\beta$가 주요한 역할을 하는 것 이외에는 밝혀진 것이 거의 없는 상태이다. 또 matrix metalloproteinase (MMP) 및 tissue inhibitor of metalloproteinase (TIMP) 유전자 활성 및 발현이 조직의 재구성과 손상, 암세포의 침윤과 전이에 관여하고 있고, 방사선이 종양의 치료에 널리 이용되고 있음에도 방사선에 의한 MMP와 TIMP 유전자의 발현에 대한 연구는 거의 없는 상태이다. 이에 저자들은 방사선 조사가 TIMP-1, TIMP-2의 발현에 어떤 영향을 끼치는지 알아보고자 본 연구를 시작하였다. 대상 및 방법 : C57BL/6 생쥐를 Varian CL4/100을 사용하여 각각 0, 2, 10 Gy의 조사량으로 전신조사를 하였다. 방사선 조사 후 24, 48 시간에 생쥐를 희생하여 폐, 간, 신장을 얻어 paraffin 포매 조직 절편을 만들어 Avidin-Biotin Complex 방법으로 면역 염색을 한 후 광학 현미경으로 관찰하여 염색의 강도와 면적에 따라 점수화 하였다. 결과 : TIMP-1은 대조군에 비해 방사선 조사 후 폐조직에서는 변화가 없는 것으로 나타났다. 간조직에서는 간세포와 Kupffer 세포에서 발현이 증가하였고, 신장조직에서는 주로 세뇨관 세포에서 발현이 증가하였고 방사선 조사 후 경과 시간에 따른 변화는 거의 없었다. 방사선량에 따른 발현의 정도는 신장을 제외하고는 변화가 거의 없었다. TIMP-2는 폐조직에서는 2 Gy 조사 후 발현이 증가되었고, 간조직에서도 2 Gy 24 시간에는 활성이 증가했으나 10 Gy에서는 대조군 수준이었다. 신장조직에서는 10 Gy에서는 발현의 정도의 변화는 없었고 2 Gy에서는 발현이 감소하였다. 결론 : 각 장기에서 TIMP-1과 TIMP-2의 발현의 정도는 차이가 있었으며, 각 장기의 특정한 세포에서만 발현이 되었다. TIMP-1의 경우 간과 신장에서는 방사선에 의해 발현이 증가되었으나 폐에서는 발현이 증가되지 않았다. TIMP-2의 경우 폐에서는 방사선에 의해 발현이 증가하였으나 간과 폐에서는 방사선에 의한 발현의 변화는 불규칙적이었다. 방사선 조사 후 경과 시간과 방사선량에 따른 발현의 변화도 일정하지 않았다.