(The) role of lysyl oxidase during odontoblastic differentiation in human dental pulp cells = 인간 치수세포에서 상아모세포의 분화과정 동안 lysyl oxidase의 역할

국문 초록 (Abstract)

결합조직의 세포외기질에 존재하여 교원섬유 및 엘라스틴 섬유의 중합과정 중 가장 핵심적인 역할을 하는 효소인 Lysyl oxdiase (LOX)는 최근 쥐의 골모세포 분화, 이주 및 유전자발현 조절을 한다고 보고되었으나 인간 치수세포에서 연구된 바는 없었다. 본 연구의 목적은 인간 치수세포에서 상아모세포 (odontoblast)로 분화유도에 따른 LOX mRNA 발현과 활성변화를 관찰하고 관련신호전달 기전을 알아보고자 하였다. 또한 활성산소인 과산화수소에 의해 유도되는 상아모세포 분화변화와 LOX isoform 간의 관계를 밝히고자 하였다.
분화 유도 배지를 인간 치수세포에 처리하여 기간별로 배양한 후 상아모세포 분화 및 LOX mRNA 발현은 RT-PCR 방법으로, 세포내 LOX 효소 분비는 LOX activity로 측정하였다. 상아모세포 분화 표지자는 osteopontin (OPN), alkaline phosphatase (ALP), dentin sialophosphoprotein (DSPP), dentin matrix protein 1 (DMP-1), matrix extracellular phosphoglycoprotein (MEPE), osteoclacin (OCN), bone sialoprotein (BSP)을 RT-PCR 방법을 사용하였고, 세포내 신호기전을 확인하기 위하여 Western blot을 이용하였다.
상아모세포로 분화유도시 시간의존적으로 분화표지자인 OPN, ALP, DSPP, DMP-1, OCN, BSP는 증가하였으나 MEPE는 감소하였다. 분화 유도기간에 따라 LOX family mRNA의 발현 중 LOX는 분화유도 14일까지 시간의존적으로 증가하였으나 LOXL은 7일까지 증가하였고 LOXL2, LOXL3, LOXL4는 mRNA 발현 변화가 없었다. LOX activity는 분화유도기간에 따라 감소하였으나 교원질 I형과 IV형 기질간의 차이는 없었다. H2O2 처리에 따라 분화표지자인 OPN, ALP, MEPE, OCN, BSP mRNA의 발현은 감소하였으나 DSPP와 DMP-1의 발현은 증가하였으며 세포 성장도 억제되었다. H2O2 처리에 따라 LOX, LOXL, LOXL3 mRNA 발현과 LOX activity는 농도와 시간의존적으로 감소하였으나 LOXL2와 LOXL4는 변화가 없었다. H2O2 처리에 따른 세포성장 및 분화 억제는 LOX 억제자인 BAPN에 의해 회복되었고, H2O2 에 의해 유도되는 ERK, JNK의 인산화는 downregulation 되었다.
이러한 결과는 상아모세포 성장과 분화과정에 LOX와 LOXL이 관련되었으며 과산화수소에 의해 LOX, LOXL과 LOXL3 mRNA 및 activity가 억제되었기 때문에 LOX 유전자 발현조절이 치수세포의 성장과 분화에서 새로운 표적이 될 수 있다고 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Although it has been reported that LOX is involved in cell differentiation and migration of bone cells, little is known about the direct effects of LOX on oodntoblastic differentiation. In this study, we examined the role of LOX on odontoblastic differentiation in human dental pulp (HDP) cells.
LOX activity and mRNA expression were quantified by RT-PCR analysis and high sensitive fluorescent assay, respectively. Cell growth, mRNA expression of differentiation related genes, and mineralization of HDP cells were assayed.
The expressions of differentiation markers, such as OPN, ALP, DSPP, DMP-1, OCN, BSP in HDP cells were increased after treatment with mineralization supplement (ascorbic acid, β-glycerophosphate and dexamethasone). The LOX and LOXL mRNA expression were gradually increased after treatment with mineralization supplement, whereas LOX enzyme activity of media decreased when mineralization began at 3, 7 and 14 days. H2O2 decreased cell viability, but increased HO-1 and DSPP expression in a concentration and time dependent manner. Antioxidant and inhibitors of HO-1, PI3K, ERK, and p38 MAP kinase blocked H2O2-induced cytotoxicity and the expression of HO-1 and DSPP mRNAs in pulp cells. The H2O2-induced growth inhibition was accompanied by a significant reduction of LOX, LOXL and LOXL3 mRNA levels and enzyme activity. In addition collagen I and collagen IV were downregulated by treatment with H2O2 in HDP cells. When cells were growth in the presence of BAPN (LOX inhibitor) H2O2-induced expression of collagen I, collagen IV, LOX, LOXL, ALP, and MEPE were enhanced. H2O2 induced phosphorylation of p38, ERK and JNK were inhibited by BAPN.
In conclusion, we demonstrated that LOX plays a key role in dontoblastic differentiation. Since H2O2 regulates LOX mRNA expression, activity and differentiation in HDP cells, the specific activation of LOX gene expression by pharmacologic modulation may present a novel target for growth and odontoblastic differentiation of these cells. Collectively, the expression of LOX its isoform, and activity of LOX were highly regulated during odontoblastic differentiation.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• II. 연구재료 및 방법 5
• III. 연구결과 13
• IV. 토론 34
• V. 결론 42