Signaling pathways in neutrophil apoptosis induced by Entamoeba histolytica

Abstract

[한글]

아메바성 대장염과 간농양을 일으키는 기생충인 이질아메바는 염증반응의 해결에 필수적인 호중구의 세포자멸사를 일으킨다. 하지만 이질아메바가 숙주세포의 세포자멸사를 일으키는 세포내 신호전달 기전은 잘 알려져 있지 않다. 호중구를 이질아메바와 배양시 투과전자현미경 상에서 세포자멸사의 미세구조 변화들을 나타냈다. 호중구를 이질아메바의 영양형과 배양시 배지에 배양한 것과 비교해서 세포표면의 CD16 수용체의 분리와 phosphatidylserine의 노출이 매우 증가되었다. 아메바에 의해 유도되는 세포자멸사는 호중구에 pan-caspase 억제제인 Z-VAD-FMK나 NADPH oxidase의 flavoprotein 억제제인 DPI나 PI3-kinase 억제제인 LY294004를 전처치함으로써 의미 있게 차단되었다. 더욱이 살아있는 아메바에 노출 후 많은 양의 세포내 ROS 생성이 관찰되었고, 이것은 DPI, LY294002, PKC 억제제인 Ro-31-8220 혹은 genistein, herbimycin A와 PP2를 포함하는 tyrosine kinase 억제제에 의해 억제되었다. 반면에 NAC, glutathione, rotenone과 catalase 같은 항산화제는 아메바에 의한 ROS생성과 호중구의 세포자멸사를 막지 못했다. 이질아메바는 호중구에서 강력하게 ERK1/2와 p38 MAPK의 활성화를 유도하였고, 호중구에 MEK1 억제제인 PD98059와 p38 MAPK 억제제인 SB202190을 전처치시 아메바에 의해 유도되는 세포자멸사를 방지했다. 그리고 DPI는 이질아메바에 의해 유도된 ERK1/2의 인산화를 완벽히 억제하였지만 p38 MAPK의 인산화는 억제하지 못했다. 반면에 LY294002와 Ro-31-8220은 모두 ERK1/2의 활성화에 영향을 미치지 못했다. 이런 결과들은 tyrosine kinase에 의존적인 세포내 NADPH oxidase에서 생성된 H2O2가 ERK1/2의 활성화를 유도하고 이것이 이질아메바에 의해 유도된 호중구의 세포자멸사에 필수적이라는 것을 나타낸다.

[영문]Entamoeba histolytica, the protozoan parasite that causes amebic colitis and liver abscesses, induces neutrophil apoptosis which is essential for resolution of inflammatory reactions. However, the intracellular signaling mechanism by which the parasite triggers apoptosis of the host cells is poorly understood. Transmission electron microscopy revealed ultrastructural alterations of apoptosis in neutrophils incubated with E. histolytica. When the neutrophils were incubated with live trophozoites of E. histolytica, receptor shedding of CD16 as well as externalization of phosphatidylserine on the cell surfaces was markedly increased compared with the results for cells incubated with medium alone. The Entamoeba-induced apoptosis was significantly blocked by pretreatment of neutrophils with Z-VAD-FMK (pan-caspase inhibitor), DPI (flavoprotein inhibitor of NADPH oxidase) or LY294002 (PI3-kinase inhibitor). In addition, a large amount of intracellular ROS was detected after exposure to the viable amoeba, and pretreatment with DPI, LY294002, Ro-31-8220 (PKC inhibitor), or tyrosine kinase inhibitors including genistein, herbimycin A, and PP2 markedly inhibited the Entamoeba-induced ROS generation. In contrast, antioxidants such as NAC, glutathione, rotenone and catalase failed to block the Entamoeba-induced ROS generation and neutrophil apoptosis. E. histolytica strongly induced activation of ERK1/2 and p38 MAPK in neutrophils and pretreatment of neutrophils with PD98059 (MEK1 inhibitor) and SB202190 (p38 MAPK inhibitor), prevented Entamoeba-induced apoptosis. Moreover, DPI completely inhibited the Entamoeba-induced phosphorylation of ERK1/2, but not phosphorylation of p38 MAPK, whereas neither LY294002 nor Ro-31-8220 had any effect on the activation of ERK1/2. These results suggest that tyrosine kinase-dependent intracellular NADPH oxidase-generated H2O2 induces activation of ERK1/2, which is essential for neutrophil apoptosis induced by E. histolytica.