Regulation of nicotinamide N-methyltransferase by oxidative stress in hepatocytes

Abstract

Oxidative stress caused by an imbalance of antioxidant and reactive oxygen species, plays a pathophysiological role in liver disease. Nicotinamide N-methyltransferase (NNMT) is a methyltransferase catalyzing nicotinamide methylation and degradation. However, there is a scarcely information availabling the modulation of NNMT under oxidative stress and its association with liver diseases. In the present study, it was found that the level of NNMT was decreased in tert-butylhydroperoxide (t-BHP)-exposed HepG2 cell. Downregulation of NNMT by t-BHP was also observed in primary murine hepatocytes, and another hepatocyte cell line L02. However, the lowered level of NNMT could be restored by treatment with antioxidants, including N-acetyl-L-cysteine, butylated hydroxyanisole, or diphenyleneiodonium chloride. Furthermore, t-BHP-mediated downregulation of NNMT was not response to either changed mRNA level or protein degradation. Therefore, we investigated a possible involvement of microRNAs (miRNAs, miRs) that putatively binding to the 3’-untranslated region of NNMT. Among miRNA candidates, miR-182-5p was significantly elevated in t-BHP-treated HepG2 cells. Furthermore, it was discovered that NNMT did not affect t-BHP-induced ROS generation as well as cytotoxicity. Interestingly, t-BHP-mediated ATP reduction was reversed by nicotinamide riboside treatment, which was further reduced by incubation with NNMT inhibitors. In addition, it was revealed that NNMT overexpression increased the levels of SIRT-1, SIRT-3, and SIRT-5. Taken together, these results demonstrate that NNMT may be a candidate molecule for attenuating susceptibility to oxidative stress-induced liver diseases.|주요 대사 기관으로 알려진 간은 생체의 항상성을 유지하여 다양한 생리학적 과정을 조절한다. 이러한 간의 기능 변화는 활성산소종(Reactive Oxygen Species, ROS)에 의한 산화적 스트레스 증가 및 항산화 기능 감소와 관련되어 있다. 소량의 활성산소종은 주로 세포 내 신호 분자로 기능하여 세포의 증식, 분화와 같은 생리적 현상을 조절하는 반면, 세포 내 활성산소종 생성과 이를 제거하는 항산화 기능 사이의 불균형으로 인해 유발되는 활성산소종의 과도한 축적은 산화적 스트레스를 발생시키고 이는 여러 화학물질 및 생체 분자와 상호작용하여 미토콘드리아 기능 장애 유발을 통해 세포 대사에 문제를 야기하고 이를 통해 다양한 병리적 상태를 유발한다. 산화적 스트레스로 인해 매개되는 여러가지 간 질환이 발병한다는 사실은 널리 알려져 있지만, 이러한 산화적 스트레스 매개성 간 질환을 유발하는 원인분자 및 관련 메커니즘에 대한 연구는 부족한 실정이다. 산화적 스트레스 제어 시스템은 NADH/NAD+ 비율 의존적으로 작동하게 되어, 세포 내의 NAD+의 양이 산화적 스트레스 제어에 중요하다. 이러한 NAD+ 양을 조절하는 분자 중, 간세포에서 높게 발현되는 니코틴아미드 N-메틸전이효소 (nicotinamide N-methyltransferase, NNMT)는 다양한 세포 기능 및 에너지 항상성 유지에 기여하고, 여러 간질환 모델에서의 그 역할이 연구된 바 있다. 그러나 간세포에서 생성된 과량의 활성산소종에 의해 유발되는 간질환 모델에서의 NNMT의 발현 변화 여부와 역할, 그 조절 기전에 대해서는 보고된 바 없다. 따라서 본 연구는 산화적 스트레스 상황에서 NNMT의 발현 변화 여부와 조절 기전, 나아가 이의 기능에 관해 규명하고자 하였다. 산화적 스트레스가 동반된 여러 마우스 간질환 모델에서 NNMT의 발현이 감소되어있음을 발견하였다. 또한, 인위적으로 활성산소종을 발생시키는 ter-butylperoxide (t-BHP)를 간세포주인 HepG2에 처리하였을 때 NNMT 발현은 감소되었으며, 이러한 결과는 또다른 간세포주인 L02세포와 마우스 1차 간세포에서 동일하게 관찰되었다. 또한, NNMT의 발현 감소는 항산화제 처리에 의해 반전되었다. 이와 더불어 NNMT의 발현 변화는 전사적 조절 및 단백질 분해단계에서 조절되지 않음이 관찰되었으며, 특정 microRNA에 의해 변화될 가능성을 제시하였다. NNMT 발현과 활성 조절 시 과량의 활성산소종에 의한 세포 사멸에는 영향을 주지 못하였지만 세포 내 ATP 양을 변화시킴을 발견하였다. 이러한 결과를 바탕으로 하여 에너지 항상성 및 대사에 중요한 역할을 하며 NAD+를 활용하는 SIRT과의 관련성을 조사하였을 때, NNMT 과발현에 의해 SIRT의 발현 변화가 유도됨을 관찰하였다. 결과적으로 산화적 스트레스에 반응하여 유도된 NNMT 발현 감소가 SIRT를 매개로 하여 간세포 대사에 영향을 미칠 수 있는 가능성 및 산화적 스트레스 동반 간질환의 새로운 치료 타겟으로써 NNMT를 본 연구 결과를 통해 제시한다.