Metalloproteinase Plays a Role in Mucin Secretion

Background : Mucus hypersecretion in the patients with airway diseases represents poor prognosis as well as discomfort. However, there is no known therapy for its effective control. One important component of mucus is mucin, a glycosylated protein, which endows mucus with viscosity. We studied whether a proteinase has a role in mucin secretion and if so, which. Methods : (1) Inhibition of mucin secretion Group-specific proteinase inhibitors were tested to evaluate whether a proteinase belonging to a group of proteinases plays a role in mucin secretion. Phenylmethylsulfonyl fluoride(PMSF, a serine proteinase inhibitor), E-64(a cysteine proteinase inhibitor), Pepstatin(an aspartic proteinase inhibitor) and 1, 10-Phenanthroline(a metalloproteinase inhibitor) were treated into the Calu-3 cell line for 24 hours. The enzyme linked immunoabsorbant assay(ELISA) for MUC5AC was performed to evaluate the amount of mucin secretion and to compare with a control. (2) Stimulation of mucin secretion Matrix metalloproteinase-9(MMP-9), MMP-12 and TACE(TNF-alpha converting enzyme), which are known to be related with airway diseases, were used to be treated into Calu-3 for 24 hours. ELISA for MUC5AC was performed to evaluate the amount of mucin secretion and to compare with the controls. Results : (1) PMSF($10^{-4}M$), E-64($10^{-4}M$), Pepstatin($10^{-6}M$) and 1, 10-Phenanthroline($10^{-4}M$) reduced the MUC5AC secretion by $1{\pm}4.9%$(mean${\pm}$standard deviation; P=1.0 compared with the control), $-6{\pm}3.9%$(P=0.34), $-13{\pm}9.7%$(P=0.34) and $41{\pm}8.2%$(P=0.03), respectively. (2) The amounts of MUC5AC secretion stimulated by MMP-9(250ng/ml), MMP-12(100ng/ml) and TACE(200ng/ml) were $103{\pm}6%$(P=0.39), $102{\pm}8%$(P=1.0) and $107{\pm}13%$(P=0.39), respectively, compared with the controls. Conclusion : Metalloproteinase(s) is (are) suggested to play a role in mucin secretion. It appears that metalloproteinases, other than MMP-9, MMP-12 or TACE, affect the mucin secretion in this in vitro model.

Mucin 분비에 영향을 미치는 Metalloproteinase

연구배경 : 기도 질환에서 점액이 과량 분비되는 경우 환자에게 불편함을 줄뿐만 아니라 기도 질환 예후에도 나쁜 영향을 미친다. 그러나, 기도 질환에서 점액이 과량 분비되는 것을 효과적으로 막는 방법이 없다. 점액의 성분 중 mucin은 당화 단백질로서 점액이 점성을 띄게 만드는 주요 성분이다. 본 연구를 통해서 mucin 분비 기전에 proteinase가 관여하는지 확인하고 만일 proteinase가 mucin 분비기전에 관여 한다면 어느 proteinase가 그런 역할을 하는지 확인하고자 하였다. 방 법 : (1) mucin 분비 억제 실험 군 특이적 proteinase 억제제를 사용하여 어느 군에 속하는 proteinase가 mucin 분비를 억제하는지 mucin을 생산하는 폐 세포주인 Calu-3를 이용하여 알아보았다. 군 특이적 proteinase 억제제로 PMSF(phenylmethylsulfonyl fluoride, serine proteinase inhibitor), E-64(cysteine proteinase inhibitor), Pepstatin(aspartic proteinase inhibitor), 1,10-Phenanthroline(metalloproteinase inhibitor)를사용하였다. 군 특이적 억제제를 Calu-3에 24시간동안 처리하여 분비된 mucin양을 enzyme linked immunoabsorbant assay(MUC5AC)로 정량하였고 그 결과를 대조군과 비교하였다. (2) Mucin 분비 자극 실험 Metalloproteinase 중에서 기도 질환 발병과 관련 있다고 알려진 matrix metalloproteinase-9 (MMP-9), MMP-12 그리고 TNF-alpha converting enzyme(TACE)를 Calu-3에 24시간 처리하여 분비된 mucin양을 enzyme linked immunoabsorbant assay (MUC5AC)로 정량하였고 그 결과를 대조군과 비교하였다. 결 과 : (1) 군 특이적 proteinase 억제제인 PMSF($10^{-4}M$), E-64($10^{-4}M$), Pepstatin($10^{-6}M$), 1,10-Phenanthroline($10^{-4}M$)는 MUC5AC 분비를 각각 $1{\pm}4.9%$(평균${\pm}$표준오차; 대조군과 비교 시 P=1.0), $-6{\pm}3.9%$ (P=0.34), $-13{\pm}9.7%$(P=0.34), $41{\pm}8.2%$(P=0.03) 감소시켰다(실험 회수 4번). (2) MMP-9(250ng/ml), MMP-12(100ng/ml), TACE(200ng/ml)에 의한 MUC5AC 분비량은 대조군에 비하여 각각 $103{\pm}6%$(P=0.39), $102{\pm}8%$(P=1.0), $107{\pm}13%$(P=0.39)이었다(실험 회수 6번). 결 론 : mucin 분비 기전에 metalloproteinase가 관여함을 시사하지만 MMP-9, MMP-12, TACE는 in vitro 모델에서 mucin 분비에 영향을 미치지 않았다.