Oxidative stress induces cell death via Jak2/Stat3 in astrocytes = Astrocytes에서 산화적 스트레스에 의한 Jak/Stat 신호전달 활성화 세포사멸 과정에서의 역할

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Astrocytes are one of the predominant glial cell types and respond to neuronal injury in the central nervous system (CNS). Oxidative stress is involved in the pathogenesis of neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease. The accumulation of reactive oxygen species (ROS) contributes to accelerate the apoptosis. Jak/Stat singaling pathway mediates cellular responses to certain oxidative stress stimuli and cytokines. Although the action of hydrogen peroxide on astrocytes have been addressed, the signaling pathway involved in hydrogen peroxide-induced apoptosis of astrocytes is not clear. The aim of this study is to investigate the involvement of oxidative stress by hydrogen peroxide in apoptosis and Jak/Stat signaling pathway in astrocytes. Hydrogen peroxide caused cell death and induced phosphorylation of Stat3 and Jak2. Hydrogen peroxide increased pro-apoptotic gene expression and reduced anti-apoptotic gene expression such as Bcl-2, Bcl-xL. Inhibitors of Jak2/Stat3 prevented hydrogen peroxide induced cell death and tyrosine phosphorylation of Stat3. Also, Jak2 inhibitors and Stat3 inhibitor prevented hydrogen peroxide induced intracellular ROS. Furthermore, Jak2 inhibitors and Stat3 inhibitor increased gene expression of Bcl-2 and Bcl-xL. These results suggest that Jak2/Stat3, oxidative stress-regulated signal transducers, may promote cell death in astrocytes. Also, expression of Bcl-2 and Bcl-xL gene by Jak2/Stat3 activation are specific signaling mechanism of oxidative stress induced cell death. Thus, targeting for Jak2/Stat3 signaling may provide a protective strategy for rescuing astrocytes under various neuropathological conditions associated with oxidative stress.

국문 초록 (Abstract)

Reactive oxygen species (ROS)는 oxygen이 부분적으로 환원된 여러 가지 대사물을 칭하며, ROS의 level이 비정상적으로 높거나 지속되면 DNA, 지질, 단백질에 심각한 손상을 준다. Oxidative stress는 동맥경화, 암 및 퇴행성 뇌 질환 등과 같은 다양한 질병의 진전과 관련되어 있다. Jak/Stat 경로는 cytokine receptor를 통한 대표적인 신호전달체계로 알려져 있으며, 최근 neuron과 astrocytes 등에서 oxidative stress 자극을 주었을 때 Stat1과 Stat3의 인산화가 보고 되었지만 그 분자생물학적 기전에 대해서는 밝혀지지 않았다. 본 연구는 oxidative stress로 자극을 받은 astrocytes에서의 Jak2/Stat3 신호전달 활성화의 가능성과 그와 관련된 작용 기전을 확인하고자 수행하였다.
이에 H2O2로 처리된 astrocyte에서 Stat3의 인산화를 확인하였고, 증가된 Stat3 인산화는 Jak2 inhibitors와 Stat3 inhibitor를 통해 억제되는 것을 확인하였다. 또한 Jak2 inhibitors와 Stat3 inhibitor는 H2O2에 의해 증가된 세포사멸과 세포고사를 줄임을 확인하였다. 또한 Jak2와 ERK1/2 신호전달 단백질과의 관련성을 확인 결과, H2O2에 의해 증가된 ERK1/2 인산화는 Jak2 inhibitor인 AG490에 의해 줄어들지 않는 것을 확인하였다. H2O2에 의한 세포고사와 관련된 유전자의 mRNA level에서의 변화를 확인하기 위해 real-time PCR을 진행하였고, 세포고사를 증가시키는 Bax mRNA level이 억제제들에 의해 감소되는 것을 확인 할 수 있었다. 이와 반대로, 세포고사를 억제하는 것으로 알려진 Bcl-2, Bcl-xL는 억제제들에 의해 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 외부 oxidative stress에 의한 세포 내 ROS level의 변화를 확인 하기 위해 DCFH-DA assay를 실행하였으며 H2O2에 의해 증가된 세포 내 ROS level 또한 억제제들에 의해 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로부터 oxidative stress에 노출된 astrocyte에서 Jak2/Stat3 pathway가 세포고사와 관련된 Bcl-2 family의 유전자 조절을 통해 세포사멸을 촉진하는 것을 확인할 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• List of Figures ------------------------------------ii
• List of Tables ------------------------------------iv
• Abbreviations ------------------------------------ⅴ
• Abstract -----------------------------------------ⅵ
• Ⅰ. Introduction -----------------------------------1
• Ⅱ. Materials and Methods-------------------------6
• Ⅲ. Results --------------------------------------12
• Ⅳ. Discussion ----------------------------------43
• Ⅵ. References-----------------------------------48
• Abstract in Korean -------------------------------58