Thalidomide suppresses IL-1β-induced NFkB activation and destabilizes cyclooxygenase-2 mRNA

Abstract

[한글]진정제이며 구토 억제제인 thalidomide는 부작용으로 인하여 그 사용이 중지되었으나 항염증및 항종양 효과가 알려지면서 다시 그 유용성이 알려지고 있다. Thalidomide의 항염증성 효과는 사이토카인 발현을 억제하는 것과 관련이 있고 항종양적 효과는 신생혈관생성을 억제함으로써 나타나는 것으로 알려져 있다. 그러나 thalidomide의 세포내 표지물과 작용기전은 완전히 이해되고 있지는 않다. NFκB와 cyclooxygenase (COX)-2 는 면역 및 염증반응과 암화과정의 결정적인 조절인자로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 thalidomide의 항염증 및 항종양효과의 분자적 기전을 NFκB 신호전달계, NFκB에 의해 매개되는 COX-2 발현, 그리고 COX-2 발현의 후전사적 단계를 중심으로 조사하였다.본 연구 결과에서 thalidomide는 IκB kinase 활성을 억제하며, NIK 의존적인 신호전달계 억제를 통하여 NFκB 활성을 억제하였다. 이러한 결과는 thalidomide의 작용효과가 NFκB 활성을 억제할 수 있는 능력에 기초를 두고 있다는 사실을 제시한다Prostaglandin의 유도합성 효소인 COX-2는 여러 종양과 만성적 염증질병에서 과발현되어 있으므로 COX-2 발현의 조절은 종양과 염증을 억제함에 있어서 중요한 요인이된다. COX-2 발현에는 NFκB를 포함한 여러 전사인자와 함께 전사 후 단계의 조절이 중요한 조절인자로 작용한다.따라서 본 연구의 다음 단계로서 thalidomide에 의한 COX-2 발현 조절에서 앞선 결과인 NFκB 억제작용과 관련이 있는지 알아보고 전사 후 단계에서 RNA 결합 단백질인 HuR과 MAPK 활성의 관련성을 조사하였다. COX-2 promoter deletion series를 이용한 reporter assay실험을 통해서 thalidomide가 COX-2 전사조절에는 영향을 주지 않음을 확인하였다. 그러나 후전사적 단계에서, thalidomide 와 p38 MAPK 억제제인 SB203580는 actinomycin D 처리 후 관찰한 COX-2 mRNA의 분해를 증가시켰으며, thalidomide는 또한 p38 MAPK 활성을 억제하였다. 그리고 thalidomide와 p38 MAPK 억제제 처리는 mRNA 안정화 단백질인 HuR의 세포내 위치를 변화시켜 세포질로의 이동을 억제하였다. 이러한 결과는 thalidomide가 p38 MAPK 활성억제와 HuR 발현위치의 변화를 통해서 COX-2 발현을 조절할 수 있음을 제시한다. 이상과 같이 thalidomide에 의한 NFκB와 COX-2에 대한 작용은 각각 전사 및 전사 후 단계에서 독립적으로 작용하는 기전으로서 thalidomide의 항염증 및 항종양 효과로서 광범위한 작용기전의 특성을 이해하는데 도움을 줄 것이다.

[영문]Thalidomide which used as a sedative and anti-nausea drug during late 1950''s has been shown to have both anti-inflammatory and anti-oncogenic properties. The anti-inflammatory effect of thalidomide is associated with suppression of cytokine expression and the anti-oncogenic effect is related to inhibition of angiogenesis. Its cellular target and action mechanism are poorly understood. The NFκB and cyclooxygenase (COX)-2 have been known to be a critical regulator of immune and inflammatory response. Therefore, this research investigated the molecular mechanism of the anti-inflammatory effect of thalidomide, especially in NFκB pathway, NFκB-mediated COX-2 expression and post-transcriptional level of COX-2 expression.This research shows here that thalidomide can block NFκB activation through a mechanism that involves the inhibition of activity of the IκB kinase and NIK dependent pathway. These data indicate that anti-inflammatory property for thalidomide may be based on its ability to inhibit NFκB activation through suppression of NFκB activation through NIK dependent pathway.COX-2, an inducible prostaglandin synthase, is overexpressed in cancer and chronic inflammatory disease. Regulation of COX-2 expression is essential in the suppression of tumor and inflammation. Therefore, the effect of thalidomide was examined on COX-2 expression in colon cancer cell line, Caco-2. This research identified that thalidomide did not affect COX-2 transcription through reporter assay with COX-2 promoter deletion series. But, on post-transcriptional level, thalidomide and p38 MAPK inhibitor, SB203580 increase COX-2 mRNA degradation after actinomycin D treatment. Thalidomide also suppressed p38 MAPK activation. This research also shows that thalidomide changes the subcellular localization of HuR which is a mRNA stabilizing protein and nuclear shuttling protein. These data indicate that thalidomide downregulates COX-2 expression through p38 MAPK suppression and alteration of HuR localization. Therefore, this research suggests that thalidomide acts dependently as a transcriptional or post- transcriptional regulator on NFκB and COX-2 and also, the effects of thalidomide on NFκB and COX-2 are important to understanding its anti-inflammatory and anti-oncogenic properties.