The effect of catalase on p53-induced apoptosis

Abstract

종양 억제 단백질 p53 는 세포주기 조절, DNA 복구 및 세포자살과정에 관여하며, 이 단백질의 활성은 DNA 손상물질에 의해 유도된 세포자살에 영향을 끼친다. 세포자살 유도는 세포내 redox state 조절 및 ROS 의 생성에 의하며, ROS의 증가는 superoxide, H₂O₂ , hydroxyl radical 그리고 nitric oxide 등에 의한다. 미토콘드리아에서 호흡 경로에 의한 산소는 superoxide 로 전환 되고, 미토콘드리아의 superoxide dismutase 에 의해 H₂O₂ 가 되면서 감소된다. H₂O₂ 는 즉시 cell membrane 을 통해 확산되어 다양한 세포 기작에 의해서 신호전달물질의 기능을 한다. Glutathione peroxidase 와 catalase 에 의해 세포내 H₂O₂ 수준이 조절되며, peroxisomes 에서 catalase 에 의해 H₂O₂ 는 H₂O 로 전환되고 O₂ 가 남는다. 본 연구에서는 활성산소에 의한 세포자살에 있어서 p53 과 catalase 의 상호관계를 규명하고자 하였다. P53 wild-type 세포주인 U2OS 와 RKO 에서 UV 조사와 H₂O₂ 자극 후 활성산소의 변화를 확인하였다. 두 세포주 모두에서 p53 발현 증가에 따른 현격한 ROS 변화를 확인할 수 있었다. Catalase 의 p53 에 의해 유도된 세포사멸에 미치는 영향을 확인하기 위하여 U2OS, RKO 및 NCI H1299 의 세가지 세포주에서 catalase 를 과발현시켰다. U2OS 와 RKO 세포주에서 UV 조사후 증가된 p53 단백질 발현에 의해 유도된 세포자살은 catalase 가 과발현된 세포주에서 현격히 감소됨을 확인하였다. 또한 catalase 를 과발현시킨 NCI H1299 세포주에서도 Adp53 infection 후 ROS 및 세포자살의 감소를 확인할 수 있었다. 이상의 연구결과 catalase 는 p53 에 의해 유도된 활성산소의 수준을 감소시키고, 이에 따라 catalase 는 p53 에 의한 세포사멸로부터 세포를 보호한다고 할 수 있다.|The activation of p53, a major tumor suppressor protein that implicated in cell cycle control, DNA repair, and apoptosis, has been reported to be involved in the process of apoptosis induced by DNA-damaging agents. P53 acts to regulate the intracellular redox state and induces apoptosis by a pathway that is dependent on reactive oxygen species (ROS) production. Normal aerobic metabolism is associated with the production of ROS including superoxides, hydrogen peroxide hydroxyl radicals, and nitric oxide. A substantial amount of oxygen is converted to superoxide and then to hydrogen peroxide (H₂O₂) by the mitochondrial superoxide dismutase. H₂O₂ is readily diffusible across cell membranes and functions as a signaling molecule in diverse cellular events. Catalase mediates the predominant enzymatic mechanisms regulating intracellular H₂O₂ levels. The tetrameric catalase converts H₂O₂ to H₂O and O₂ in peroxisomes. To detect the effect of catalase on p53-induced apoptosis, catalase was stably over-expressed in three kinds of cell lines, U2OS, RKO and NCI H1299. We used western blot and flow cytometry to check apoptosis related proteins, ROS levels and apoptosis of these cell lines. ROS levels were increased after UV irradiation and H₂O₂ treatment in p53 wild-type cell lines, U2OS and RKO. We detected low level of ROS in these cell lines that were over-expressed with catalase. Apoptotic cells were also decreased. In catalase over-expressed NCI H1299 cell line, after Adp53 infection, ROS levels and percentage of apoptotic cells were decreased. These results suggest that catalase may have an important role in the regulation of p53-induced apoptosis by scavenging ROS