TLR 매개성 Sestrin2 유도발현 조절 기전 연구

Abstract

The Sestrin2 (Sesn2) is an evolutionary conserved enzyme that scavenges reactive oxygen species and regulates autophagy through the AMPK-mTOR pathway. The present study was aimed at determining whether Toll-like receptor (TLR) signaling regulates Sesn2 expression and identifying the underlying molecular mechanism. Lipopolysaccharide (LPS), a representative TLR4 ligand, significantly increased the levels of Sesn2 protein in macrophages. LPS also increased Sesn2 mRNA levels and luciferase reporter activity; however the mRNA levels of Sesn1 were not affected by LPS. Moreover, treatment of macrophages with other TLR ligands (e.g., polyI:C or peptidoglycan) also induced Sesn2 expression. We found that LPS-mediated Sesn2 induction was transcriptionally regulated by AP-1 and Nrf2, and that overexpression of c-Jun or Nrf2 increased Sesn2 protein levels and Sesn2 promoter-driven luciferase reporter activity. Moreover, deletion of the antioxidant response element (ARE) in the Sesn2 promoter or Nrf2 knockout abolished LPS-mediated induction of Sesn2. LPS induced Sesn2 gene expression through p38 and PI3K activation. Surprisingly, treatment with the proteasome inhibitor MG132, but not the lysosomal inhibitor chloroquine, caused Sesn2 to accumulate in the cells. In the presence of MG132, we observed that Sesn2 was ubiquitinated. However, LPS treatment attenuated MG132-induced Sesn2 ubiquitination, which resulted in Sesn2 accumulation. Mice treated with D-galactosamine (Gal)/LPS exhibited enhanced Sesn2 expression in the liver. Moreover, infection with a recombinant adenovirus encoding Sens2 markedly reduced the number of Gal/LPS-induced TUNEL-positive cells. Our results suggest that TLR-mediated Sesn2 induction is dependent on AP-1, Nrf2, and the ubiquitin-proteasome system and might protect cells against endotoxin stress.|Sestrin2(Sesn2)는 다양한 종류의 스트레스에 의해 유도되어 세포보호 작용을 갖은 진화적으로 잘 보존되어 있는 항산화 효소이다. Toll-like receptor(TLR) 신호 활성화가 Sesn2 유전자 발현조절 여부 및 그 분자적 기전을 규명하고자 하였다. 대표적 TLR4 ligand인 lipopolysaccharide(LPS)는 대식세포에서 시간, 농도 의존적으로 Sesn2 단백질 발현을 유의적으로 증가시켰다. LPS에 의한 Sesn2 mRNA 레벨과 luciferase 리포터 활성도 증가시켰다. 그러나 LPS에 의한 Sesn1 mRNA 레벨은 영향을 받지 않았다. 다른 TLR ligand (PolyI:C or peptidoglycan)도 대식세포에서의 Sesn2 발현이 증가되었다. LPS에 의한 Sesn2유도는 AP-1 와 Nrf2를 통해 전사적으로 조절되었고 c-Jun 또는 Nrf2 과발현은 Sesn2 단백질 발현과 Sesn2 Promoter-driven luciferase reporter 활성을 증가시켰다. 게다가 Sesn2 프로모터 혹은 Nrf2 knockout에서 산화 방지제 반응 성분(ARE) 제거는 LPS에 의해 매개된 Sesn2의 유도를 억제시켰다. LPS에 의한 Sesn2의 발현 증가는 p38 및 PI3K 의존적이었다. 단백질분해효소복합체 억제제인 MG132를 처치 하였을 때 Sesn2 단백질 분해가 확인되었다. 그러나 LPS처치는 MG132에 의해 유도된 Sesn2 단백질 분해를 약화시켰고, 결과적으로 Sesn2의 축적을 야기했다. D-galactosamine(Gal)/LPS에 의해 급성간염이 유도된 Mice의 간에서 Sesn2 발현이 증가되었다. 또한 Sesn2 재조합 아데노바이러스 감염은 Gal/LPS에 의해 유도된 간세포 사멸에서 현저히 억제시킴을 관찰하였다. 본 결과는 TLR에 의해 매개된 Sesn2 유도가 AP-1, Nrf2, Ubiquitin-Proteasome System 의존적이며, 내독소 스트레스로부터 세포를 보호하는 새로운 기전임을 제시한다.