VIP 수용체 VPAC1과 S-SCAM의 상호 작용

Abstract

[한글]

Vasoactive intestinal peptide (VIP)는 대부분의 중추 신경계와 말초 신경계 모두에서 발견되고 있는 신경전달물질 또는 신경조절물질이다. VIP는 포유류 동물에서 소화기관, 심혈관계, 호흡기, 면역계, 내분비계, 중추신경계 등에서 다양한 생물학적 활성을 일으킨다. VIP 종양은 VIP를 다량으로 분비하여 혈액 내 VIP 농도를 비정상적으로 높여서 WDHA (watery diarrhea, hypokalemia, and achlorhydria ; 수용성 설사, 저칼륨혈증, 무산증) 증후군과 고칼슘혈증을 유발 시킨다.

본 논문에서는 VIP 수용체 중의 하나인 VPAC1 (vasoactive intestinal peptide/pituitary adenylate cyclase activating polypeptide receptor 1)의 조절을 연결단백들과 연결 지어 연구하였다. Yeast two-hybrid 방법을 통하여 흰쥐의 연결단백인 S-SCAM/MAGI-2의 PDZ 1 과 PDZ 2 분역 (domain)이 생쥐의 VPAC1 단백의 카르복실기 말단과 상호결합 하는 것을 밝혔다. S-SCAM/MAGI-2 는 6개의 PDZ 분역 (PDZ 0에서 PDZ 5), 1개의 GK (Guanylate kinase) 분역, 2개의 WW 분역를 가지고 있는 연결 단백이다. HEK293 세포주에 두 단백의 유전자를 transfection하여 S-SCAM/MAGI-2 단백과 VPAC1 단백이 상호 결합함을 면역침강 방법으로 재확인하였다. VIP의 자극에 대한 VPAC1의 주요 반응은 Gs 단백을 활성화 시켜 세포내 cAMP 농도를 증가시키는 것이다. 흥미롭게도, S-SCAM/MAGI-2 단백을 안정적으로 발현 시킨 HEK293 세포주에서 VIP자극에 대한 VPAC1 단백의 활성이 감소하여 세포내 cAMP 생성이 감소되었다. S-SCAM/MAGI-2 단백 발현을 anti-sense 방법으로 감소시킨 T84 세포주에서 VIP 자극에 의한 cAMP 생성이 증가되어 CFTR 활성이 증가하였다. 이 사실은 S-SCAM/MAGI-2 연결단백이 VPAC1 단백의 활성을 억제 조절한다는 것을 의미한다. 따라서 이 현상의 분자적 기전을 알기 위해서 surface biotinylation 실험을 수행하여 VPAC1 단백의 세포막 발현양을 측정하였다. 그 결과 VPAC1 단백의 세포막 발현이 S-SCAM/MAGI-2 단백이 존재할 때 감소함을 확인하였다.

본 실험 결과를 통해 S-SCAM/MAGI-2 연결 단백은 VPAC1의 세포막 발현을 감소시켜 VPAC1의 활성을 억제함을 알 수 있었다. 이상의 실험 결과는 VIP 관련 질환의 효과적인 치료법을 개발하는데 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.

[영문]Vasoactive intestinal polypeptide (VIP) is neurotransmitter and neuro- modulator that has a wide distribution in peripheral and central nervous systems. VIP has effects on the digestive tract, cardiovascular system, airways, reproductive system, immune system, endocrine glands and brain. The high blood concentration of VIP as seen in VIPoma, causes WDHA (watery diarrhea, hypokalemia, and achlorhydria) syndrome and hypercalcemia. The present study aimed to study the regulation of VPAC1 (vasoactive intestinal peptide/pituitary adenylatecyclase–activating peptide receptor 1) by protein interaction. Using yeast two-hybrid assay, it was found that PDZ1 and PDZ2 domains of rat S-SCAM/MAGI-2 (synaptic scaffolding molecule) interact with the C-terminus of mouse VPAC1. S-SCAM/MAGI-2 is an adaptor protein which has six PDZ domains (PDZ 0 to PDZ 5), one GK (Guanylate kinase) domain, and two WW domains. The S-SCAM-VPAC1 interaction was also verified by co-immuno- precipitation in HEK293 cells with heterologous expressions. VPAC1 is coupled to Gs proteins and the activation of VPAC1 by ligand binding increases the intracellular concentration of cAMP. Interestingly, overexpression of S-SCAM inhibited the cAMP generation in response to VIP in VPAC1-expressed HEK293 cells. When the expression of S-SCAM/MAGI-2 was decreased by anti-sense treatments in T84 cells, short circuit current that was made by VIP was increased. These results suggest that S-SCAM/MAGI-2 protein inhibited and regulated the activation of VPAC1. To identify the underlying molecular mechanism, in vivo surface biotinylation assay was performed. It was found that VPAC1 expression on plasma membrane was decreased by S-SCAM/MAGI-2.

In conclusion, S-SCAM/MAGI-2 adaptor protein inhibited the activation of VPAC1. Decreased activity of VPAC1 was caused by decreased VPAC1 expression on plasma membrane. Therefore, this finding might have a greater implication for providing efficient therapies for VIP related diseases.