Sestrin2 유전자 유도발현에 있어 Nrf2-ARE 경로의 역할

Abstract

Sestrin2 (Sesn2) 유전자는 활성산소종에 대한 세포 보호작용을 하며 산화적 스트레스에 의해 유도되는 항산화 효소를 암호화한다. NF-E2-related factor-2 (Nrf2)는 antioxidant-response element (ARE)에 결합하여 다양한 항산화 유전자들의 발현을 조절하는 필수 전사인자이다. 그러나 아직 Sesn2 유전자 발현에 있어서 Nrf2의 역할은 알려져 있지 않다. 본 연구는 Nrf2-ARE 경로가 Sesn2 유전자 발현을 조절하는지 여부 및 분자적 기전을 규명하고자 하였다. Nrf2의 활성제인 tert-butylhydroquinone (t-BHQ)와 Sulforaphane (SFN)은 간세포에서 시간 및 농도 의존적으로 Sesn2 발현을 증가시켰다. 또한 t-BHQ는 Sesn2 mRNA와 Sesn2 프로모터를 함유하는 luciferase 유전자 활성을 증가시킨 반면 Sesn1과 Sesn3 mRNA의 레벨에는 영향을 주지 않았다. Sesn2 유도에 있어서 Nrf2의 특이적 역할은 Nrf2 과발현 플라스미드와 Nrf2 Knockout 또는 Knockdown 세포를 사용하여 확인하였다. Sesn2 유전자의 5’ 상류 부위의 in silico 분석으로 ARE로 추정되는 서열을 발견하였다. Sesn2 프로모터에서 ARE로 추정되는 영역인 -550에서 -539 bp의 제거는 Nrf2 유도성 Sesn2 발현에 있어서 매우 중요하였다. 더욱이 마우스의 간에서 SFN 투여는 Sesn2 mRNA 및 단백질 레벨을 증가시켰다. Sesn2 siRNA를 활용한 Knockdown 실험은 Sesn2가 과산화수소에 대한 Nrf2매개성 세포보호 활성에 요구되는 것을 보여줬다. 본 결과는 Nrf2-ARE 경로가 Sesn2 유전자 발현에 필수적이며, Nrf2에 의한 Sesn2 유도가 산화적 스트레스로부터 세포를 보호하는 새로운 기전임을 제시한다.|The Sestrin2 (Sesn2) gene encodes a conserved antioxidant protein that is induced on oxidative stress and protects cells against reactive oxygen species. NF-E2-related factor-2 (Nrf2) is an essential transcription factor that regulates expression of a variety of antioxidant genes via binding to the antioxidant-response element (ARE), but the role of Nrf2 in Sesn2 gene expression has not been elucidated yet. The present study investigated whether the Nrf2-ARE pathway regulates Sesn2 gene expression and the identification of the molecular mechanism. The Nrf2 activators, tert-butylhydroquinone (t-BHQ) and sulforaphane (SFN), up-regulated Sesn2 expression in a dose- and time-dependent manner in hepatocytes. Also, t-BHQ increased Sesn2 mRNA and luciferase gene activity, whereas the levels of Sesn1 and Sesn3 mRNA were not affected by t-BHQ treatment. The specific role of Nrf2 in Sesn2 induction was verified by using Nrf2 overexpression plasmid and Nrf2 knockout or knockdown cells. In silico analysis of the 5' upstream region of Sesn2 gene identified a putative ARE sequence. Deletion of the putative ARE demonstrated that the ARE from -550 to -539 bp in the human Sesn2 promoter was critical for the Nrf2-mediated response. Moreover, SFN injection increased Sesn2 mRNA and protein levels in the livers of mice. Knockdown experiments with Sesn2 siRNA showed that Sesn2 is required for the Nrf2-mediated cytoprotective activity against hydrogen peroxide. Our results suggest that the Nrf2-ARE pathway is critical for Sesn2 gene expression and might protect against oxidative stress.