Signal Transduction of MUC5AC Expression in Airway Mucus Hypersecretory Disease

Background : Mucin synthesis in airways has been reported to be regulated by the epidermal growth factor receptor (EGFR) system. Epidermal growth factor receptor transactivation was identified as a critical element in G-protein-coupled receptors (GPCRs)-induced mitogenic signaling. EGF receptor transactivation by G-protein-coupled receptors requires metalloproteinase cleavage of proHB-EGF. This study was hypothesized that lipopolysaccharide (LPS)-induced mucin production associates with epidermal growth factor receptor transactivation, and MUC5AC production associates with epidermal growth factor receptor transactivation by G-protein-coupled receptors that regulates by metalloproteinase. Method : MUC5AC mucin production was examined in NCI-H292 cells and MUC5AC protein synthesis was assessed using ELISA. For the evaluation of mechanism of LPS-induced MUC5AC production, $TNF{\alpha}$ was measured using ELISA with or without pretreatment of heterotrimeric G-protein inhibitor, mastoparan. MUC5AC protein was measure with pretreatment of polyclonal $TNF{\alpha}$ antibody or mastoparan on LPS-induced MUC5AC production. For the evaluation of relation of G-protein and MUC5AC production, G-protein stimulant, mastopara-7, or matrix metalloproteinase, ADAM10, was added to NCI-H292 cells. MUC5AC protein was measure with pretreatment of polyclonal EGF antibody on mastoparan-7-induced MUC5AC production. Results : LPS alone did not increase significantly MUC5AC production. LPS with $TNF{\alpha}$ induced dose-dependently MUC5AC production in NCI-H292 cells. LPS increased dose-dependently $TNF{\alpha}$ secretion, which was inhibited by mastoparan. LPS with $TNF{\alpha}$-induced MUC5AC production was inhibited by neutralizing polyclonal $TNF{\alpha}$ antibody, mastoparan or AG 1472. Mastoparan-7 or ADAM10 increased dose-dependently MUC5AC production, which was inhibited by polyclonal neutralizing EGF antibody. Conclusion : In LPS-induced MUC5AC synthesis, LPS causes $TNF{\alpha}$ secretion, which induces EGFR expression. EGFR tyrosine kinase phosphorylation result in MUC5AC production. EGF-R transactivation by G-protein-coupled receptors requires matrix metalloproteinase cleavage of proHB-EGF.

기도의 점액 과분비 질환에서 MUC5AC의 발현의 신호 전달 경로에 관한 연구

서 론 : MUC genes의 증가와 배상세포의 증식 기전에 성장인자(growth factor)인 상피세포 성장인자 및 수용체(epidermal growth factor receptor; EGFR)가 배상세포의 증식이나 이형성에 관여한다. EGFR의 ligands 중의 한 종류인 heparin binding EGF(HB-EGF)는 세포막에 존재하는 pro-heparin binding EGF(pro-HB-EGF)로부터 유리된다. HB-EGF의 유리는 G-protein과 연관이 있다. 따라서, 본 연구는 그람 음성세균의 lipopolysaccande(LPS)에 의한 기도 점액 과생성의 기전을 밝히고, 기도점액 과분비에서 EGFR과 G-protein의 연관성을 밝혀 기도 점액 과분비 기전을 밝히고자 한다. 연구방법 : NCI-H292 세포배양에서 LPS단독 투여 또는TGF-${\alpha}$와 병합 투여한 후 MUC5AC의 당단백질을 ELISA법으로 측정하였다. LPS에 의한 MUC5AC 당단백질의 생성 기전을 밝히기 위해서 heterotrimeric G-protein 억제제인 mastoparan을 투여하고 TNF-${\alpha}$와 MUC5AC를 ELISA법으로 각각 측정하였다. MUC5AC의 생성에서 G-protein과 EGFR의 연관성을 확인하기 위하여 EGFR이 항상 발현되어 있고 MUC5AC를 분비할 수 있는 NCI-H292 세포에 G-protein 자극제인 mastoparan-7로 자극한 후 MUC5AC의 생성을 측정하였다. G-protein이 활성화하여 metalloproteinase가 세포막에 있는 HB-EGF를 유리하여 EGFR이 활성화하여 MUC5AC가 생성여부를 확인하기 위하여 ADAM10으로 NCI-H292세포에 자극하여 MUC5AC의 생성을 측정하였다. MUC5AC 생성이 EGFR과 연관성을 확인하기 위하여 특이 EGFR tyrosine kinase 억제제인 AG1478과 중화 polyclonal EGF 항체를 전처치 후 MUC5AC를 측정하였다. 결 과 : LPS의 자극에 의한 MUC5AC의 생성은 LPS 농도에 유의하게 증가 되지 않았으나, EGFR의 ligand인 TGF-${\alpha}$를 동시 투여한 경우는 LPS의 농도에 비례하여 유의하게 증가하였다. LPS의 자극은 TNF-${\alpha}$의 생성을 유의하게 증가시켰으며, G-protein 억제제인 mastoparan을 전처치한 경우는 TNF-${\alpha}$가 유의하게 감소 되었다. LPS 자극 전에 TNF-${\alpha}$ antibody, AG1478 또는 mastoparan을 전처치한 경우는 MUC5AC의 생성이 유의하게 억제되었다. MUC5AC의 생생에서 G-protein과 EGFR의 연관성에 대한 실험에서 MUC5AC의 생성이 mastoparan-7의 농도에 따라 유의하게 증가되었으며, EGF의 중화항체를 사용한 경우는 MUC5AC의 생성이 감소되었다. 또한 Matrix metalloproteinase인 ADAM10의 농도에 비례하여 MUC5AC의 생성을 증가시켰다. 결 론 : LPS에 의한 MUC5AC의 분비는 LPS가 TNF-${\alpha}$를 생성시키고, TNF-${\alpha}$가 EGFR의 발현을 유도하여 MUC5AC가 분비되었다. 또한 MUC5AC의 생성에 있어서 G-protein의 활성은 matrix metalloproteinase에 의하여 EGFR의 ligand 인 HB-EGF가 유리되어 EGFR의 transacti vation으로 MUC5AC가 생성되는 것으로 사료된다.