The Cytoprotective Role of Sestrin2 by Ferroptosis-mediated Hepatocyte Death

Abstract

Ferroptosis는 glutathione 합성 억제 또는 iron축적에 의한 활성산소 및 부가물이 세포 내에 축적되어 지질과산화 산물의 생성 및 세포 장애를 유발하며 나아가 세포 사를 촉진하게 되는 non-apoptotic한 세포사멸의 형태 중 하나이다. Sestrin2은 DNA 손상, 저산소증, 산화적 스트레스 등을 포함하는 다양한 자극에 의해 활성화되어 항산화 효소로써의 역할을 할 뿐 아니라, 세포보호 작용 및 세포 내 항상성 유지에 기여하는 유전자로 알려져 있다. Sestrin2의 발현 및 활성화 조절을 매개하는 주요 조절인자로는 p53, Nrf2, HIF-1α 등과 같은 스트레스에 의해 매개되어 활성화되는 전사인자가 있다. 그러나, Ferroptosis가 유도되는 상황에서의 Sestrin2의 발현기전 및 역할에 관한 연구는 전무한 상태이다. 본 연구에서는 erastin, sorafenib 및 buthionine sulfoximine을 포함한 ferroptosis 유도제에 의한 Sestrin2 발현과 ferroptosis 매개 세포 사멸에서 Sestrin2의 보호효능을 연구하였다. 첫 번째로, 간세포에서 Ferroptosis 유도제에 의해 시간과 용량 의존적으로 증가하는 Sestrin2의 단백질 발현을 관찰하였다. 또한, ferroptosis 유도제인 erastin은 Sestrin2의 mRNA와 luciferase의 발현도 증가시켰다. 이것은 ferroptosis 유도제에 의해서 증가되는 Sestrin2의 발현이 전사적인 수준에서부터 조절된다는 것을 의미한다. 다음으로는, erastin이 항산화 효소 발현을 조절하는 마스터 전사인자인 Nrf2를 활성화 할 수 있는지를 확인하였다. Erastin에 의해 Sestrin2 프로모터영역에서 전사인자인 Nrf2와 결합하는 부분 (ARE)의 활성이 증가함을 관찰하였으며, 핵 내 Nrf2의 발현 역시 함께 증가함을 확인하였다. 더욱이, Nrf2의 knockout 과 knockdown 실험에서 erastin에 의한 Sestrin2 발현증가가 상쇄되었으며, Sestrin2 프로모터영역에서 ARE을 결손 시켰을 때도 erastin에 의해 유도되는 Sestrin2의 luciferase 활성이 억제 되었다. 이러한 결과들은 erastin에 의한 Sestrin2발현 증가가 Nrf2/ARE 활성화를 매개함을 시사한다. 두 번째로, ferroptosis 매개 세포 사멸에서 Sestrin2의 보호효능을 Sestrin2가 stable하게 발현되는 간세포주를 활용하여 평가하였다. Sestrin2 과발현 세포주와 대조군 세포주에서 Erastin에 의해 유도되는 세포 사멸 정도를 비교해 본 결과, erastin에 의해 유도되는 세포 사멸이 Sestrin2 과발현 세포주에서유의적으로 억제됨을 관찰하였다. 그리고, eastin에 의한 ROS 및 GSH 고갈 역시 Sestrin2 발현에 의해 거의 완벽하게 감소됨을 확인하였다. 이는 Sestrin2이 erastin에 의해 유도되는 ferroptosis를 억제함으로 간세포보호 효능을 가지고 있음을 시사한다. 결과적으로, ferroptosis 상황에서 Nrf2 활성화에 의해 Sestrin2 발현이 유도되고, 유도된 Sestrin2가 ferroptosis에 의한 간세포손상을 방어한다. 이는 과잉의 iron축적에 의한 간세포 손상과 이로 인한 간질환에서 Sestrin2이 새로운 치료 표적이 될 수 있음을 제시한다.