Characterization of Nitric Oxide (NO)-Induced Cell Death in Lung Epithelial Cells

Background : Nitric Oxide (NO) is a multi-faceted molecule with dichotomous regulatory roles in many areas of biology. NO can promote apoptosis in some cells, whereas it inhibits apoptosis in other cell types. This study was performed to characterize NO-induced cell death in lung epithelial cells and to investigate the roles of cell death regulators including iron, bcl-2 and p53. Methods : A549 cells were used for lung epithelial cells. SNP (sodium nitroprusside) and SNAP (S-nitroso-N-acetyl- penicillamine) were used for NO donor. Cytoxicity assay was done by MTT assay and crystal violet assay. Apoptotic assay was done by fluorescent microscopy after double staining with propidium iodide and hoecst 33342. Iron inhibition study was done with RBCs and FeSO4. For bcl-2 study, bcl-2 overexpressing cells (A549-bcl-2) were used and for p53 study, Western blot analysis and p53 functionally knock-out cells (A549-E6) were used. Results : SNP and SNAP induced dose-dependent cell death in A549 cells and fluorescent microscopy revealed that SNAP induced apoptosis in low doses but necrosis in high doses while SNP induced exclusively necrotic cell death. Iron inhibition study using RBCs and FeSO4 significantly blocked SNAP-induced cell death. And also SNAP-induced cell death was blocked by bcl-2 overexpression. Finally, we found that SNAP activate p53 by Western blot analysis and that SNAP-induced cell death was decreased in the abscence of p53. Conclusion : In lung epithelial cells, NO can induce cell death, more precisely apoptosis in low doses and necrosis in high doses. And iron, bcl-2, and p53 play important roles in NO-induced cell death.

폐상피세포에서 Nitric Oxide (NO)에 의한 세포사에 관한 연구

연구배경 : Nitric Oxide(NO)는 매우 다양한 생물학적 조절기능을 수행하는 분자로서 심혈관계, 신경계, 면역기능 등에 관여함은 물론 최근 세포 사에도 직 간접적으로 영향을 미치고 있음이 알려져 있다. NO의 이렇게 복잡한 생물학적 기능 수행은 reactive oxygen species(ROS), metal ions 및 단백질 등과 복잡한 상호작용에 의한 것이며 NO가 나타내는 생물학적 효과는 용량-의존적이며, 세포-특이적이라고 밝혀져 있다. NO는 간세포 및 현관내피세포에서는 아포프토시스를 억제하지만 종양세포 및 신경세포 등에서는 아포프토시스를 유도하는 것으로 보고되고 있다. NO는 여러 호흡기질환의 병태생리에도 관여하는 것으로 알려져 있는바 천식과 같은 염증성 기도 질환에서 호기 NO가 증가되어있는 반면 흡연자나 일차성 폐 고혈압 환자에서는 감소되어 있다고 보고되고 있다. 이러한 배경에서 NO가 폐 상피 세포의 세포 사에 미치는 영향과 신호전달 경로를 밝히기 위하여 본 연구를 시행하였다. 방 법 : 폐 상피 세포로는 A549 세포 주를, NO donor로서는 SNAP (S-nitroso-N-acetyl-penicillamine)과 SNP(sodium nitroprusside)를 사용하였다. 세포 독성 검사는 crystal violet assay를 이용하였고 아포프토시스 assay는 Hoechst 33342와 propium iodide(PI) 이중 염색 후 형광현미경을 이용하여 핵의 형태학적변화를 관찰함으로써 괴사(necrosis)와 감별하였다. 철에 의한 NO 유도성 세포 사 억제 효과를 관찰하기 위하여 RBC와 FeSO4를 이용하였다. NO 유도성세포사의 신호전달 경로에 bcl-2와 p53이 미치는 영향을 평가하기 위하여 bcl-2 과 발현 세포 주 (A549-bcl-2)와 p53 knock out 세포 주 (A549-E6)를 대상으로 세포독성을 비교하였고 p53 활성화는 Western blot을 이용하여 확인하였다. 결 과 : A549 세포 주에서 SNAP과 SNP 모두 농도-의존적 세포독성을 관찰할 수 있었다. 아포프토시스 assay에서 SNAP은 저 농도에서는 아포프토시스를, 고농도에서는 괴사를 유도함을 관찰하였고 SNP는 농도에 상관없이 세포사가 괴사의 형태를 나타냄을 확인하였다. 이는 SNP가 순순한 NO donor가 아니라 cyanide에 의한 세포독성의 결과라고 생각되며 고농도의 SNAP에 의한 괴사 유도는 peroxynitrite 생성에 의한 결과임을 시사한다. SNAP에 의한 세포 사는 RBC와 FeSO4등 철에 의해 억제됨을 확인하였고 bcl-2에 의해서 억제되었으며 p53을 활성화시키고 p53 knock out에 의해 차단되었다. 결 론 : 폐상피세포에서 NO는 저 농도에서는 아포프토시스를 고농도에서는 괴사에 의한 세포 사를 유도하며 철이 중요한 억제제이며 bcl-2 및 p53이 신호전달 경로에 있어서 중요한 역할을 담당하는 것으로 생각된다.