Identification of Interleukin 1-Responsive Genes in Human Chondrosarcoma SW1354 cells by cDNA Microarray Technology

배경 : 골관절염은 단순 노화로 인한 질병이 아니라 연골대사의 이상으로 인한 기계적 그리고 생화학적 불안정성이 나타나는 질환이다. Transforming growth factor-${\beta}$와 같이 연골세포의 기능을 향상시키는 촉진인자가 있는 반면 Interleukin(IL)-1이나 Tumor necrosis factor-${\alpha}$는 염증반응을 증가시킨다. 이중 IL-1은 골관절염의 병인에서 가장 중요한 염증 유발 인자로 알려져 있으며 이에 대한 자료도 축적되고 있다. 이 논문의 목적은 IL-$1{\beta}$에 대한 human chondrosarcoma cell (SW1353)의 유전자 발현 양상을 파악하여 골관절염 병인의 이해를 증대시키는데 있다. 재료 및 방법 : Chondrosarcoma cell line (SW 1353)은 연골세포의 IL-$1{\beta}$를 통한 세포노화에 대한 유전자 조절을 실험실에서 연구하는데 유용한 것으로 알려져 있다. 골관절염에서 IL-1에 의한 전체적인 유전자 발현의 변화를 연구하고 분석하기 위해 SW1353을 각각 1시간, 6시간, 24시간동안 IL-1에 노출시킨후 각각 총 RNA를 정제하였다. 유전자 발현의 변화는 17k human cDNA microarray로 분석하였고 semiquantitative RT-PCR로 확인하였다. 결과 : Metallothioneins, matrix metalloproteinases, extracellular proteins, antioxidant protein, cytoskeletal proteins, cell cycle regulatory proteins, 세포성장과 세포 자멸사에 대한 단백질, signal protein, transcriptional factor를 포함한 1,200개 유전자에서 2배 이상의 변화가 관찰되었다. 이러한 변화는 초기 관절염에서 보이는 병리생리학적 변화와 상관관계가 있는 것으로 생각된다. 결론 : cDNA microarray 분석으로 유전자 발현의 의미있는 변화를 관찰하였으며 골관절염 발병기전에서 분자생물학적 변화에 대한 인식과 치료 목표를 정립하는데 대한 새로운 자료로서 가치가 있을 것으로 생각된다.

Background : Accumulating evidence shows that interleukin(IL)-1 plays a critical role in inflammation and connective tissue destruction observed in both osteoarthritis and rheumatoid arthritis. IL-1 induces gene expression related to cytokines, chemokines and matrix metalloproteinases by activation of many different transcription factors. Materials and Methods : The chondrosarcoma cell line, SW1353, is known to be a valuable in vitro system for investigating catabolic gene regulation by IL-$1{\beta}$ in chondrocytic cells. To explore and analyze the changes in gene expression by IL-1 responsible for arthritis, SW1353 was treated with IL-1 for 1, 6 and 24 h and then total RNAs were purified for each time. The changes in gene expression were analyzed with 17k human cDNA microarrays and validated by semi-quantitative RT-PCR. Results : Greater than a two-fold change was observed in 1,200 genes including metallothioneins, matrix metalloproteinases, extracellular matrix proteins, antioxidant proteins, cytoskeleton proteins, cell cycle regulatory proteins, proteins for cell growth and apoptosis, signaling proteins and transcription factors. These changes appeared to be correlate with the pathophysiological changes observed in early osteoarthritis. Conclusion : cDNA microarray analysis revealed a marked variability in gene expression, and provided insight into the overall molecular changes. The result of this study provide initial information for further studies to identify therapeutic targets in osteoarthritis pathogenesis.