Role of the Nuclear Transcription Factor NF-κB Caused by Acute Hypoxia in the Heart

급성 저산소증 상태에서 심장 내 전사인자 NF-κB의 기능

Purpose : Nuclear ($factor-{\kappa}BNF-{\kappa}B$) is now recognized as playing a potential role in programmed cell death and the adaptive response to various stress. Cellular hypoxia is a primary manifestation of many cardiovascular diseases. It seems that vascular endothelial growth factor (VEGF) and insulin like growth factor-I(IGF-I) have a function as a protective molecule in the heart against several stress including hypoxia. In this study, the role of $NF-{\kappa}B$ to the cellular response and regulation of protective molecules against the acute hypoxia in the heart was studied. Methods : To cause acute hypoxic stress to the heart, Sprague Dawley rats were exposed to hypoxic chamer($N_2$ 92% and $O_2$ 8%). After the hypoxic exposure, nuclear proteins, total proteins and mRNA were isolated from heart. Translocation of the transcription factors $NF-{\kappa}B$, NF-ATc, AP-1 and NKX-2.5 were evaluated by electrophoretic mobility shift assay(EMSA). The expression of IGF-I and VEGF were studied before and after the hypoxic stress by competitive-PCR, Northern hybridization and Western hybridization. To confirm the role of the $NF-{\kappa}B$ in the heart, the rats also were pretreated with diethyl-dithiocarbamic acid(DDTC) into peritoneal cavity to block $NF-{\kappa}B$ translocation into nucleus. Results : The expression of $NF-{\kappa}B$, AP-1 and NF-ATc were increased by the hypoxic stress. Increased expression of the VEGF and IGF-I were also observed by the hypoxic stress. However, the blocking of the $NF-{\kappa}B$ translocation reduced those expressions of VEGF and IGF-I. Conclusion : These results suggest that $NF-{\kappa}B$ has a protective role against the acute hypoxia through several gene expression, especially VEGF and IGF-I in heart muscle.

목 적: 전사인자 $NF-{\kappa}B$는 스트레스 등으로부터 세포 자멸사를 조절하여 적응을 유지하는 기본적인 분자로 인식되고 있다. 저산소증 상태는 많은 심장병에서 동반되는 병변으로 성장인자 VEGF와 IGF-I는 저산소증 시에 심장을 보호하는 작용을 할 것으로 추측되고 있다. 본 연구에서는 저산소증과 같은 자극으로부터 심장의 보호 기능이 추정된 $NF-{\kappa}B$의 발현과 함께 VEGF와 IGF-I의 발현 연관성을 검토하여 분자 생물학적인 기전을 이해하고자 하였다. 방 법 : 실험동물로 Sprague Dawley rat을 이용하여, 저산소 자극은 8%의 산소와 92% 질소를 hypoxic chamber로 관류시키며 유도하였다. 심장에 대한 저산소증 자극 후 심근세포로부터 측정 인자들과 관련된 핵 내 단백질, 전단백질 그리고 mRNA를 분리하였다. 핵 내의 전사인자는 EMSA로 측정하였으며, VEGF와 IGF-I의 발현은 competitive-PCR, Western hybridization, Northern hybridization으로 확인하였다. 또한 이러한 성장인자의 발현과 관련된 $NF-{\kappa}B$의 기능을 확인하기 위하여 $NF-{\kappa}B$의 핵 내 이동 억제제인 DDTC를 전 처치로 복강 내 주사하여 그에 따른 VEGF 및 IGF-I의 발현 양상을 비교하였다. 결 과 : 저산소 자극 후에 심근 세포 내에 전사인자 $NF-{\kappa}B$, AP-1, NF-ATc의 활성이 증가되었다. VEGF와 IGF-I의 발현도 저산소증 자극 시 증가되었지만, DDTC 전 처치에 의한 $NF-{\kappa}B$의 핵 내 이동 차단 후 이들 인자의 발현은 의의 있게 감소하였다. 결 론 : 전사인자 $NF-{\kappa}B$는 저산소증 상태에서 그 활성이 증가하고 저산소증 상태와 같은 심장에 대한 이상 자극 시 VEGF와 IGF-I의 발현을 증가시켜 심장을 보호하는 것으로 추정된다.