Functional study of REDD1 as a novel therapeutic target for the ferroptosis-mediated liver fibrosis

Abstract

페롭토시스(Ferroptosis)는 세포 내 글루타티온 고갈과 철분 축적에 따른 펜톤산화에 의해 지질과산화물이 축적되어 세포장애를 유발하는 세포사멸의 한 종류로 세포자연사(apoptosis)와는 구별된다. 간섬유화는 알코올, 간염바이러스, 독성물질 등의 다양한 원인에 의한 반복적인 간 손상으로 세포 외 기질(extra cellular matrix)이 축적되어 발생한다. 세포 외 기질의 축적은 간섬유화의 주요 원인이며, 간성상세포에서 주로 생성된다. 간성상세포는 평상 시 휴지기(quiescent)상태로 유지되지만, 만성적인 간 손상 시 활성화(activation)되어 세포 외 기질 생산 및 분비를 증가시켜 간섬유화 진행에 핵심적인 역할을 한다. 최근 페롭토시스는 아세트아미노펜에 의한 급성간부전, 비알콜성지방간염의 진행을 매개하고, 간암세포에서 세포독성 유발로 인해 항암요법의 새로운 표적으로 보고 된 바 있다. 이처럼 다양한 간질환들과 페롭토시스의 연관성을 규명하는 연구가 활발히 진행되고 있으나, 간섬유화에서 페롭토시스에 대한 연구는 부족한 실정이다. REDD1은 활성산소종과 DNA손상, 저 산소 상태 등의 다양한 스트레스 상황에 반응하여 세포생존에 관여하는 단백질로 알려져 있다. REDD1의 발현 및 활성화 조절을 매개하는 주요 조절인자로는 p53, HIF-1α, AP-1 등이 있으며, 이들은 스트레스에 의해 매개되어 활성화되는 전사인자로 잘 알려져 있다. 또한, 이전에 간세포에서 산화적스트레스에 의한 손상에 대하여REDD1유전자의 보호효능에 관해 보고 한 바 있다. 그러나, 간섬유화 진행 시 활성화되는 간성상세포에서 REDD1의 조절 기전 및 역할에 대한 연구는 전무하다. 따라서, 본 연구에서는 간성상세포의 활성화에 있어서 페롭토시스의 기능적 역할, 더 나아가 간섬유화 진행 시 치료표적으로써 REDD1의 가능성을 탐색하고자 하였다. 첫 번째로, 본 연구에서는 간성상세포에서 페롭토시스 유도제에 의한 세포사멸이 세포자연사(apoptosis) 및 세포자멸괴사(necroptosis)와 구별되며 페롭토시스 특이적 표지자들의 변화를 통해 페롭토시스의 발생을 관찰하였다. 또한, 페롭토시스가 Smad 비의존적인 경로인 AP-1신호전달 경로를 통해 간성상세포의 활성화에 기여함을 확인하였다. 더 나아가 마우스에 만성적으로 과량의 철을 투여한 경우, 간 섬유화의 발생이 인정되었다. 이는, 간성상세포에서 페롭토시스의 발생이 간섬유화 발병에 기여할 수 있음을 시사한다. 두 번째로, 만성 간질환 모델인 간섬유화 모델에서 스트레스 반응유전자인REDD1의 역할을 규명하였다. 먼저, 본 연구자들이 확립한 과량의 철분투여에 따른 간섬유화 동물모델에서 REDD1유전자의 하향조절이 관찰되었다. 이는 만성질환으로 이행에 따른 REDD1유전자의 보호 효능 소실 때문 인 것으로 보인다. 반면, 간성상세포주인 LX-2세포에서 섬유성 사이토카인인 TGF-β에 의한 REDD1유전자의 상향조절이 관찰되었는데, 이는 REDD1유전자가 초기 스트레스반응에 유도되어 보호 효능을 나타내는 것으로 보인다. 또한, TGF-β에 의한 REDD1 유전자의 발현은 AP-1을 경유하는 전사적인 조절임을 확인하였다. LX-2 세포에서TGF-β에 의해 유도되는 섬유화 지표들(α-SMA, PAI-1)이 REDD1 유전자 과발현에 의해 현저히 억제되는 것이 관찰되었다. 사염화탄소(CCl4) 투여에 의한 간섬유화 동물모델에서도 아데노바이러스를 이용한 REDD1유전자 과발현에 의해 ALT, AST수치 및 간 섬유화지표들의 현저한 억제가 관찰되었다. 결과적으로, 본 연구에서는 간섬유화 발병에 대한 페롭토시스의 기능적 역할을 간성상세포를 중심으로 규명하고, REDD1의 조절기전 및 항섬유화 효능을 규명하여 페롭토시스 매개 간섬유화의 치료표적으로써 REDD1의 가능성을 제시하였다.