급성 피부장벽 손상 후 회복에 대한 protein kinase C의 영향

Abstract

[한글]

피부는 생물체와 외부 환경 사이에 존재하는 물리적, 화학적, 기계적, 미생물 방어 장벽으로서 외부로의 과도한 수분과 전해질의 손실을 억제하고, 다양한 외부의 공격으로부터 인체를 보호하는 장벽 기능을 수행한다. 이러한 장벽 기능은 주로 피부 표피층 최외각의 각질층에 의하여 수행되며, 특히 각질세포 사이에 존재하는 각질세포간 지질은 표피 내 투과장벽 기능의 항상성 유지에 중요한 역할을 수행하는 것으로 알려져 있다. 각질세포간 지질의 공급은 주로 표피 과립층에 있는 층판소체가 과립층과 각질층의 경계 부위에서 세포 외 유출작용을 통하여 분비되면서 이루어진다. 피부에는 표피 내 칼슘 기울기가 존재하며, 칼슘 이온은 피부장벽 기능의 항상성 유지에 매우 중요한 신호전달 인자로 작용한다. 각질형성세포의 증식과 분화에 있어 핵심적인 역할을 수행하는 효소인 protein kinase C (PKC)는 serine

threonine kinase 에 속하는 효소로서 각질형성세포를 포함한 많은 종류의 세포에서 다양한 세포 내 반응을 조절한다. 각질형성세포의 분화 과정에서 칼슘에 의한 PKC의 활성화는 involucrin, loricrin, filaggrin 등과 같은 분화 단백질의 발현에 핵심적인 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 배양된 각질형성세포에서 PKC의 활성화가 각질세포간 지질 성분중 하나인 세라마이드(ceramide)의 합성에 관여하는 효소의 활성화와 연관되어 있다는 보고가 있으나 아직까지 PKC와 피부장벽 기능간의 연관성에 대한 연구는 이루어진 바 없다. 본 연구에서는 무모 생쥐의 동물실험 모델을 이용하여 PKC가 피부장벽의 회복에 미치는 영향을 관찰하였다. 이를 위하여 반복적인 테이프 스트리핑 방법을 이용하여 8-12 주의 무모 생쥐의 피부장벽을 급성 손상시킨 후 Western blot과 면역조직화학염색을 시행하여 피부에서의 PKC 단백질 발현 양상을 관찰하였다. 또한 피부장벽을 급성 손상시킨 후 PKC 억제제를 도포하여 피부장벽의 회복율을 측정하고, 각질층내 지질의 변화를 관찰하였으며, 이들 억제제가 표피 내 칼슘 기울기에 미치는 영향을 관찰하였다. 이와 함께 배양된 각질형성세포에 PKC 억제제를 처리하여 세포 내 칼슘 이온 농도의 변화를 측정하였다. 실험 결과, 표피에서 PKC-α, -β, -δ, -η의 발현을 관찰할 수 있었다. PKC 억제제를 도포한 피부에서 급성 손상 후 피부장벽의 회복율이 저하되었으며, 층판소체의 분비가 억제되고 각질층의 지질구조의 변형이 나타나는 것을 관찰하였다. 또한, PKC 억제제가 피부장벽 손상 후 나타나는 정상적인 표피 내 칼슘 기울기의 소실을 억제하였고, 배양된 각질형성세포에서 세포 내 칼슘 이온의 농도를 증가시켰다. 이러한 세포 내 칼슘 이온의 증가는 칼슘 통로 차단제에 의하여 억제되었다. 급성 피부장벽 손상 후 PKC 억제제만을 처리한 경우 피부장벽의 회복이 저해되었으나, 칼슘 통로 차단제를 함께 도포한 후에는 피부장벽 회복의 저해가 억제되었다. 결론적으로 PKC 억제제는 과립세포 내의 칼슘의 농도를 증가시켜, 급성 피부장벽 손상 후 나타나는 피부장벽의 회복 과정을 억제한다. 그러므로 PKC의 각 아형별 역할은 알 수 없으나 일부 아형이 세포 내로의 칼슘 이동에 영향을 미쳐 피부장벽 기능의 급성 손상 후 회복 과정에 관여할 수 있을 것으로 생각된다.

[영문]The skin is a physical, chemical, mechanical and microbial barrier; preventing water and electrolytes loss and protecting human body from various outside assaults. The barrier function of the skin is mainly carried out by the outermost layer of the epidermis, stratum corneum (SC); The intercellular lipid located between the corneocytes in SC plays a significant role in maintaining the homeostasis of permeability barrier function. Intercellular lipid contents are provided by the lamellar bodies that are originated form the granulocytes in epidermis through the exocytosis to the stratum granulosum and SC junction.

There is a calcium gradient in the epidermis and these calcium ions act as an important signaling factor for epidermal permeability barrier function homeostasis. Protein kinase C(PKC) which comprises a family of serine

threonine kinases plays a central role in the proliferation and differentiation of keratinocytes. In the process of differentiation of the keratinocytes, calcium-induced PKC activation plays a central role in the expression of the keratinocyte differentiation-specific marker proteins, such as involucrin, loricrin, and filaggrin. Recently, it has been reported that, in cultured human keratinocytes, the PKC activation is associated with the enzyme activation of ceramide which is one of the intercellular lipid contents. In this study, we investigated the effect of PKC in the recovery of epidermal permeability barrier function using hairless mouse animal experiment model. We examined the expression and localization of various PKC isotypes in hairless mouse skin after acute skin barrier disruption using tape-stripping treatment. We also investigated the effects of PKC inhibitors on the recovery of barrier function by measuring trans-epidermal water loss (TEWL).

As a result, we observed the expression of PKC-α, -β, -δ, -η proteins in a hairless mouse skin. The rate of recovery in acutely disrupted skin barrier treated with PKC inhibitor is shown to be decreased. The secretion of lamellar bodies were inhibited and there was a significant change in intercellular lipid structure. Also, PKC inhibitors suppressed the loss of normal epidermal calcium gradient after acute skin disruption and increased the intracellular calcium ion in cultured keratinocytes. It was inhibited by calcium channel blocker. In consequence, PKC inhibitors increase the calcium ion density in keratinocyte thus suppress the barrier recovery process after acute skin barrier disruption. Therefore PKC is thought to be related with the recovery process of acute skin disruption.