사람 망막아종에 발현된 콜린성 수용체의 특성

Abstract

[한글]

콜린성 신호는 인체내 다양한 신호전달 과정 중 가장 중요한 신호 중의 하나로 알려지고 있다. 사람의 망막아종(retinoblastoma)은 드물지만, 소아에서 발생되는 치명적인 암으로 최근 이를 모델로 세포성장 및 분화기전, 신경세포의 사멸(apoptosis)기전 및 종양치료법의 개발 등이 활발히 연구되어 많은 관심의 대상이 되고 있으나, 콜린성 수용체의 존재 및 특성에 대해서는 알려진 바가 없다. 따라서 본 연구는 사람의 망막아종에 발현되어 있을 것으로 예상되는 콜린성 수용체의 특성과 그 생리적 기능의 일부를 규명하고자 하였다. 콜린성 수용체의 활성화를 확인하기 위해 망막아종 세포주의 하나인 WERI-Rb-1 세포를 대상으로 칼슘 이미징(imaging) 기법을 이용하여 세포내 칼슘농도([Ca2+]i)를 측정하였으며, patch clamp 기법으로 세포막을 통한 이온전류를 측정하였고 역전사 연쇄 중합반응(RT-PCR)을 이용하여 망막아종 세포막에 발현된 무스카린 수용체의 아형을 관찰하였는데, 주요 결과는 다음과 같다.

칼슘 이미징 실험에서 100 μM의 아세틸콜린을 투여하였을 때 대부분(약 84.6 %)의 망막아종 세포에서 현저한, 일과성 [Ca2+]i 증가를 보였으며, 이와 같은 변화는 무스카린성 수용체 차단제(atropine, 1 μM)에 의해 대부분이 억제되었다 (97.3±0.8 %, n=92). 무스카린성 수용체의 활성화에 따른 [Ca2+]i 증가는 세포외 칼슘이 제거된 조건에서도 76.4±3.0 % 이상 유지되었으나(n=57), phospholipase C (PLC) 차단제(U-73122, 1 μM) 및 Ca2+-ATPase 차단제(thapsigargin, 1 μM)에 의해서는 대조군의 각각 11.5±2.9 % (n=58), 10.3±1.5 % (n=62)로 대부분 억제되었다. 역전사 연쇄 중합반응(RT-PCR)을 관찰한 결과 망막아종 세포에서 M1부터 M5까지 모든 아형의 무스카린성 수용체를 코딩하는 mRNA들이 확인되었다. 그러나 각 아형에 친화력이 큰 차단제의 사용 결과, 아세틸콜린 투여에 의한 [Ca2+]i 증가는 M1 차단제(pirenzepine, 1 μM) 및 M3 차단제(4-DAMP, 100 nM)에 의해서 각각 93.6±0.7 % (n=77), 97.2±0.5 % (n=82)가 억제되었으나, M2/M4 차단제(methoctramine, 1 μM)에 의해서는 15.0±1.8 % (n=45) 정도만 억제되었다. 한편, 망막세포에서 inward rectifying K+ current를 확인할 수 있었으나 아세틸콜린 투여에 의한 의미있는 변화는 없었다. 니코틴은 세포내 Ca2+ 유입을 통한 [Ca2+]i 증가를 유발하였으나, 그 효과는 무스카린 투여시에 비해 매우 작았다. 니코틴 투여시 나타나는 내향성 전류 및 막전압의 탈분극(대조군: -56.6±3.7 mV, 니코틴 투여군: -29.6±3.6 mV, n=4)은 니코틴 수용체 차단제(hexamethoniun, 100 μM)에 의해 완전히 억제되었으며, 니코틴 투여가 망막아종 세포에 이미 발현되어 있는 T-형 칼슘 전류에는 영향을 주지 않았다.

이상의 결과를 종합해 볼 때, 망막아종 세포에는 M1-M5 무스카린성 수용체 아형들과 니코틴성 수용체가 모두 발현되어 있으나, 아세틸콜린에 의한 세포내 Ca2+ 증가는 주로 M1과 M3 무스카린성 수용체 아형들이 활성화된 후 PLC 경로를 통해 세포내 칼슘저장소로부터 Ca2+을 동원하는 것으로 생각되어진다. 따라서 망막아종에서 콜린성 수용체, 특히 무스카린 수용체의 활성화는 세포내 Ca2+ 조절기전을 통해 세포의 증식, 분화, 성숙 및 세포사멸 등에 중요하게 관여할 것으로 예상되며, 이와 같은 본 연구의 결과는 망막아종에서 콜린성 수용체에 대한 이해의 폭을 넓히는 중요한 기초정보로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

[영문]It is widely known that cholinergic signaling is one of the important signal transduction pathways in the human body. Human retinoblastoma is rare, but lethal to children. Recently, much attention has been paid to this tumor since it provide a good model system for studying mechanisms underlying cell growth, differentiation, and apoptosis, and for developing cancer therapy. However, until now it is unclear whether cholinergic receptors are expressed in the retinoblastoma. In this regard, we measured possible cholinergic signaling in WERI-Rb-1 cells using Ca2+ imaging technique, patch clamp method. In addition, we detected muscarinic receptor(mAChR) subtypes expressed in the retinoblastoma using RT-PCR analysis. The main results are as following:

1. ACh produced marked and transient [Ca2+]i increases repeatedly in WERI-Rb-1 cells, and atropine (1 μM), a nonselective mAChR inhibitor, greatly supressed these Ca2+ responses by 97.3±0.8%(n=92).

2. The rapid [Ca2+]i rise due to activation of muscarinic receptors was somewhat reduced to about 76.4±3.0% of the control (n=57) in the absence of extracellular calcium. On the other hand, ACh-induced intracellular calcium response was only attained to 11.5±2.9% (n=58) and 10.3±1.5% (n=62) of peak amplitude of the control after preincubation of 1 μM U-73122, a PLC inhibitor, and a 1 μM thapsigargin, a Ca2+-ATPase blocker, respectively.

3. Transcripts encoding all mAChR subtypes(m1～m5) were detected in WERI-Rb-1 cells. ACh-induced [Ca2+]i rises were greatly attenuated by pre -treatment of M1 and M3 preferring antagonists. However, [Ca2+]i responses were robust or intact in the presence of M2/M4 preferring antagonist.

4. ACh failed to activate G-protein activated inwardly rectifying K+(GIRK) currents in the retinoblastoma with a prominent background inward rectifying K+(IRK) currents.

5. Nicotine-induced [Ca2+]i rise was resulted entirely from small tans- membrane Ca2+ influx, which was completely abolished by hexamethonium(100 μM). Nicotine also induced remarkable depolarization from -56.6±3.7 mV to -29.6±3.6 mV(n=4) under current clamp mode, but it failed to activate T-type Ca2+ channel expressed on retinoblastoma.

In conclusion, muscarinic activation can cause calcium mobilization from the internal stores of the undifferentiated retinoblastoma cells, which may play an important roles in cell proliferation, differentiation, and cell death.