레티노인산에 의한 각질형성세포에서의 IL-8 유전자 발현의 기전

Abstract

[한글]

IL-8은 C-X-C 케모카인에 속하는 대표적인 호중구의 화학 주성 인자로 여러 가지 염증반응에서 중요한 역할을 하며 각질형성세포를 포함한 여러 세포에서 만들어진다. IL-8은 평상시에는 분비가 이루어지지 않다가 TNF-α, IL-1, phobol 12-myristate 13-acetate(PMA), lectins, 바이러스 등에 의해 유도되어 분비된다. IL-8의 프로모터 중심부에는 nuclear factor(NF)-κB element를 포함한 activating protein(AP)-1, AP-2, AP-3, 부신피질호르몬 수용체, NF-IL-6와 octamer factors가 있어 여러 가지 세포에서 IL-8의 분비를 조절하고 있다. 이 중에서 NF-κB는 IL-8 유전자 발현에 핵심적인 역할을 한다.

레티노인산은 비타민 A의 유도체로서 면역학적 반응과 염증반응을 조절한다. 이 중에서 all-trans retinioc acid(ATRA)는 레티노이드의 자연산화물로서 건선이나 여드름, 광노화 피부 등의 피부질환 치료제로서 널리 사용되고 있다. 하지만 이러한 임상적인 유용성에 비해 레티노인산은 국소적 외용제로 사용할 때 접촉성 피부염을 흔히 일으킬 수 있기 때문에 그 사용에 제한이 있다. 레티노인산은 각질형성세포에서 IL-1, TNF-α, IL-8 mRNA 발현을 증대시키며 각질형성세포와 진피 섬유모세포에서 이들 사이토카인을 분비시킨다. 이들 사이토카인이 레티노인산에 의한 접촉성 피부염 발생에 중요한 역할을 하리라 믿어진다. 본 연구에서는 레티노인산에 의해 각질형성세포주인 HaCaT세포에서 IL-1과 IL-8 mRNA의 발현이 증가되는 것을 확인하였다. 그리고 electrophoretic mobility shift assay(EMSA)를 이용하여 IL-8 유전자 발현에 NF-κB가 관여함을 관찰하였다. 이는 NF-κB 억제제를 사용했을 때와 I-κB에 대한 dominant negative mutant의 cDNA를 HaCaT세포에 도입한 후 발현시켜 NF-κB 활성을 방해하였을 때 IL-8 mRNA 발현이 저하됨을 관찰함으로써 확인할 수 있었다. 또한 레티노인산을 투여 후 세포질 내에 IκB의 인산화가 증가하는 것을 확인하였다.

결론적으로 저자는 레티노인산이 각질형성세포에서 NF-κB를 통하여 IL-8 유전자 발현에 영향을 증가시킨다는 것을 알 수 있었지만 IL-8유전자에는 전형적인 레티노인산의 반응단위가 없으므로 직접적인 자극보다는 다른 경로가 있을 것으로 추정하였다. 중간 자극제로서 가능성이 있는 IL-1의 영향으로 NF-κB가 활성화되어 IL-8 유전자가 발현되는지를 알기 위하여 IL-1 receptor antagonist(ra)를 사용하였으나 IL-1ra가 레티노인산에 의한 IL-8 유전자 발현에는 영향을 미치지 않았다. 따라서 레티노인산이 IκB kinase를 통해 각질형성세포에서 IκB의 인산화를 촉진시켜 NF-κB로의 해리를 유도시켜 IL-8의 발현을 촉진시켰다고 추정해 볼 수 있었다.

[영문]IL-8 is a member of the C-X-C chemokine family and an important chemoattractant for neutrophils and has been implicated in a variety of inflammatory diseases. It has been reported to be produced by variety of cell types, including keratinocytes. The production of IL-8 is normally not constitutive, but is induced mainly by inflammatory mediators like TNF-α, or IL-1 and also by PMA, lectins and viruses. The core IL-8 promoter contain a nuclear factor(NF)-κB element that is required for activation in all cell types studied, activating protein(AP-1), AP-2, AP-3, glucocorticoid receptor, NF-IL-6, and octamer factors, etc. Unlike other transcriptional factors, NF-κB site is essential for induction for gene expression.

Retinoic acid (RA), a derivative of Vitamin A, is a modulator of immunologic and inflammatory responses. All-trans retinioc acid(ATRA), one of the naturally oxidized substances of retinoids, is clinically used for treatment of psoriasis, acne, photo-aging dermatoses and other skin diseases. However, the use of RA is restricted to the application because it induces irritant contact dermatitis. RA has been reported to induce up-regulation of IL-1, TNF-α, IL-8 mRNA and release in dermal fibroblasts and keratinocytes.

In this study, a stimulation of IL-8 gene expression by RA was demonstrated in HaCaT keratinocytes. Inhibition and transient transfection assay revealed the involvement of NF-κB binding site of IL-8 gene in RA-enhanced promoter activity. Electrophoretic mobility shift assay(EMSA) demonstrated that RA enhanced DNA-NF-κB complex formation, especially with the p65 subunit.

We concluded that RA is able to cause transactivation of IL-8 gene, which dose not contain classical RA response elements in its regulatory region. The stimulation of RA on the expression of IL-8 mRNA was related to activation of NF-κB binding activity, which is essential for enhanced IL-8 gene expression. However, there is no evidence to support a direct interaction between RA-mediated transcriptional machinery and IL-8 gene transcription. We suspected the mechanism of involvement of IL-1 as an intermediate stimulus in the RA-mediated IL-8 up regulation in HaCaT cells. However, there is no evidence to support a IL-1 as a intermediate stimulus betweeen RA-mediated transcriptional machinery and IL-8 gene transcription. Therefore, our result suggested that the IL-8 gene expression by HaCaT cell after RA stimulation results from the activation of IKK and dissociation of IκB from NF-κB and the transcription of NF-κB to the nucleus