Expression of Peroxiredoxin and Thioredoxin in Human Lung Cancer and Paired Normal Lung

Background : Continuous growth stimulation by various factors, as well as chronic oxidative stress, may co-exist in many solid tumors, such as lung cancer. A new family of antioxidant proteins, the peroxiredoxins (Prxs), have been implicated in the regulation of many cellular processes, including cell proliferation, differentiation and apoptosis. However, a real pathophysiological significance of Prx proteins, especially in lung disease, has not been sufficiently defined. Therefore, this study was conducted to investigate the distribution and expression of various Prx isoforms in lung cancer and other pulmonary conditions. Method : Patients diagnosed with lung cancer, and who underwent surgery at the Ajou Medical Center, were enrolled. The expressions of Prxs, Thioredoxin (Trx) and Thioredoxin reductase (TR) were analyzed using proteomic techniques and the subcellular localization of Prx proteins was studied using immunohistochemistry on normal mouse lung tissue. Result : Immunohistochemical staining has shown the isoforms of Prx I, II, III and V are predominantly expressed in bronchial and alveolar lining epithelia, as well as in the alveolar macrophages of the normal mouse lung. The isoforms of Prx I and III, and thioredoxin were also found to be over-expressed in the lung cancer tissues compared to their paired normal lung controls. There was also an increased amount of the oxidized form of Prx I, as well as a putative truncated form of Prx III, in the lung cancer samples when analyzed using 2-dimensional electrophoresis. In addition, a 43 kDa intermediate molecular weight protein band, and other high molecular weight bands of over 20 kDa, recognized by the anti-Prx I antibody, were present in the tissue extracts of lung cancer patients on 1-Dimensional electrophoresis, which require further investigation. Conclusion : The over-expressions of Prx I and III, and Trx in human lung cancer tissue, as well as their possible chaperoning function, may represent an attempt by tumor cells to adjust to their microenvironment in a manner advantageous to their survival and proliferation, while maintaining their malignant potential.

인체의 폐암과 정상 폐조직에서 Peroxiredoxin 및 Thioredoxin의 발현 양상

연구배경 : Peroxiredoxin (Prx) 은 최근에 알려진 항산화제로 세포의 증식과 분화, 세포사멸이나 발암과정에 관여하는 것으로 알려져 있다. 하지만, 현재까지 폐암을 비롯한 각종 질병에서의 이들 Prx단백의 역할은 잘 규명되어 있지 않다. 이에 본 연구는 폐암 조직과 정상폐조직에서 Prx 단백의 발현 양상과 분포를 연구하여 이들의 병태 생리학적인 의미를 찾아보고자 하였다. 방 법 : 아주대학교 병원에서 폐암으로 진단된 환자의 폐암조직과, 동일 환자의 정상 폐조직에서, 1 차원전기영동 (reducing 조건과 non-reducing 조건에서의 SDSPAGE) 혹은 2차원전기영동을 시행한 후 Western blot으로 Prx, Trx 및 TR의 발현 양상을 분석 하였으며, 백서의 정상 폐조직과, 환자의 폐암 조직에서 anti-Prx rabbit polyclonal 항체로 하여 면역조직화학염색법을 통해, Prx 단백의 분포를 관찰하였다. 결 과 : 면역조직화학염색법 결과 백서의 정상 폐조직에서는 Prx I, II, III 및 V 유형이, 주로 기관지상피세포, 폐포상피세포 및 폐포대식세포에서 발현되고 있음을 관찰하였다. 인체 폐암조직에서는, 정상 폐조직 부위에 비해서 Prx I 과 Prx III 유형 및 Trx단백의 발현이 선택적으로 증가되어 있고, 특히, 2차원 전기영동을 통한 프로티옴 분석에서 산화된 형태의 Prx I 과 Prx II가 증가 한 것을 비롯하여, 분자량과 등전점(pI)이 약간 변화된 형태의 Prx III가 폐암조직에 존재함을 알 수 있었다. 한편, 폐암 조직의 non-reducing 전기영동 후 Western blot에서는, monomer와 dimer 사이의 중간 크기에 해당하는 약 40 kDa과 200 kDa 이상 크기의, 항 Prx 항체와 반응하는 단백 띠 (reactive bands)가 관찰되었다. 결 론 : 폐암 조직에서 관찰되는 Prx I 과 Prx III 유형 및 Trx의 과발현 양상은, 종양 세포들이 주변의 미세 환경으로부터 겪는 여러 스트레스에 대하여 단백질을 보호하고 세포의 생명력을 유지하는데 있어 주요한 역할을 하는 것으로 사료된다.