ER Stress-Mediated Autophagy/Apoptosis Induced by Capsaicin and Dihydrocapsaicin in WI38 Cells

Abstract

형질내세망 스트레스는 세포와 자극의 종류에 따라 세포를 살리거나 죽게 할 수 있다. capsaicin과 이의 유사체인 dihydrocapsaicin (DHC)은 WI38 태아 폐 섬유모세포주에서 caspase-3 의존성 및 비의존성 신호전달계를 활성화 시켰다. 저자는 WI38 세포에서 capsaicin과 DHC에 의해 초래되는 신호전달체계의 분자기전에 관하여 연구하였다. Capsaicin과 DHC는 p53과 p21waf/cip의 상승을 초래하였다. 형태학적으로 DHC는 형질내세망과 미토콘드리아의 팽윤에 의해 심한 세포의 공포화가 초래되었다. 전통적인 형질내세망 스트레스 유도물질은 자가탐식의 표식자인 LC3의 증가는 물론 unfolded protein response (UPR)를 일으킨다. DHC는 Bip, IRE1, Chop, eIF2a와 caspase-4의 활성화에 의하여 강력한 형질내세망 스트레스를 초래하였으나, capsaicin의 경우는 이에 비하여 약하였다. 자가탐식 억제제인 3-methyladenine (3MA)과 bafilomycin A1 (BaF1)는 DHC에 의한 LC3 II의 상승과 GFP-LC3의 재분포를 억제하였다. Ire1을 siRNA로 knockdown 시켰을 때 DHC에 의하여 초래되는 Chop과 LC3 II를 감소시켰다. DHC는 빠르고 지속적으로 JNK/ERK를 활성화 시켰으나, capsaicin은 일시적으로 활성화 시켰다. JNK 억제제 SP600125는 thapsigargin, MG132 및 DHC에 의한 IRE1, Chop과 LC3 II 증가를 감소시켰으나, ERK 억제제 PD98059는 단지 LC3 II의 증가만을 감소시켰다. 3MA에 의한 DHC 유발 자가탐식(autophagy) 차단은 현저한 세포고사를 일으켰고, 이런 반응은 pancaspase inhibitor인 zVAD에 의하여 완전히 억제되었다. Capsaicin과 DHC는 시간경과에 따라 세포증식 및 보호에 관련된 단백질인 Akt 인산화를 증가시켰고, phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) 억제제인 wortmannin과 LY294002는 ERK 활성화를 통한 자가탐식을 일으켰다. 이상의 결과는 capsaicin과 DHC가 세포보호에 있어 반응정도가 다른 것은 JNK1/2와 ERK1/2의 활성화 정도에 따라 조절되는 UPR과 자가탐식의 정도에 기인한다는 것을 의미한다.|Endoplasmic reticulum (ER) stress can cause cell survival or cell death depending on the type of cell and stimulus. Capsaicin and its analogue dihydrocapsaicin (DHC) induced caspase-3 independent/dependent signaling pathways in WI38 fetal lung fibroblast. Here I describe the molecular mechanisms of the capsaicin and DHC-induced signaling pathways in WI38 cells. Capsaicin and DHC caused upregulation of p53 and p21waf/cip . Morphologically, DHC induced massive cellular vacuolization by dilation of the ER and mitochondria. Classic ER stress inducers elicited unfolded protein response (UPR) as well as upregulation of LC3II. DHC induced potent ER stress by the action of Bip, IRE1, Chop, eIF2a and caspase-4 activation; to a lesser degree by capsaicin. Treatment of 3-methyladenine (3MA) and bafilomycin A1 (BaF1) blocked DHC -induced upregulation of LC3 II and redistribution of GFP-LC3. Knockdown of Ire1 downregulated Chop and LC3II induced by DHC. DHC induced rapid and high-sustained JNK/ERK activation, but capsaicin caused transient activation of JNK/ERK. The JNK inhibitor SP600125, thapsigargin and MG132 downregulated IRE1, Chop, and LC3 II induced by DHC. The ERK inhibitor PD98059 downregulated only LC3II. Blocking of DHC-induced autophagy by 3MA induced a high level of apoptotic cell death that was completely inhibited by the pancaspase inhibitor zVAD. Capsaicin and DHC increased the level of Akt phosphorylation with time, and the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) inhibitors, wortmannin and LY294002, caused the induction of autophagy via ERK activation. The results indicate that the differential responses of capsaicin and DHC in cell protection are caused by the degree of the UPR and autophagy that are both regulated by the extent of JNK1/2 and ERK1/2 activation.