The induction of differentiation for THP-1 cells by activation of CD44-associated signal transduction pathway : the elucidation of its mechanism

Abstract

[한글]

항 CD44 단클론 항체(A3D8)를 이용한 CD44와의 결합은 사람 백혈병 세포주인 THP-1의 단세포성 분화를 유도한다. 그러나 이러한 세포분화의 정확한 분자적 기전은 정확히 알려져 있지 않다. 본 연구에서 A3D8에 의한 THP-1의 분화에 있어 세포외 신호전달 활성화효소인 p38 mitogen-activated protein kinase(MAPK)와 phosphatidylinositol 3-kinase(PI3-K)/Akt 경로의 중요성에 대해 연구하였다. A3D8 처리 72시간 후에 THP-1 세포는 성숙 단세포의 전형적인 세포 특징을 보였으며, 단세포-특이 세포표면항원인 CD14(1.8±0.1%에서 38.2±3.2%)와 골수계 특이 항원인 CD11b(6.6±0.6%에서 66.6±1.6%) 표현이 증가하였다. 이러한 분화관련 항원의 증가는 A3D8의 처리량 및 시간에 의존적이었다. A3D8 단클론 항체에 의한 CD44 결합은 인산화 Raf-1, 인산화 MEK1/2 및 인산화 ERK1/2와 같은 세포외 신호조절 활성화효소 경로의 주요 활성화효소들의 빠르고 지속적인 활성화를 유도하였다. 또한, A3D8 단클론 항체에 노출된 직후 THP-1 세포에서 Ser473 Akt 인산화가 관찰되었으며, 이후 인산화가 지속되었다. 반면에 p38 MAPK 인산화는 CD44 결합에 의해 감소되었다. MEK1 억제제인 PD98059 및 U0126을 THP-1세포에 전처지하였을 때, A3D8에 의한 MEK1/2 및 ERK1/2 활성화는 물론 THP-1의 분화가 억제되었다. PI3-K 억제제인 LY294002 전처치 시에도 A3D8 단클론 항체에 의한 세포분화가 거의 완전히 억제되며, A3D8에 의한 MEK/ERK 활성화가 억제 되었고 Raf-1 활성화는 억제되지 않았다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때, CD44 결합에 의한 THP-1 세포의 분화유도과정에서 PI3-K/Akt 경로와 Raf/MEK/ERK 경로가 중요한 역할을 하며, 이 두 신호전달체계가 서로 연결되어 있음을 확인할 수 있었다.

[영문]Ligation of CD44 with anti-CD44 monoclonal antibody(mAb), A3D8, induces mo- nocytic differentiation of human leukemia cell line THP-1. However, the underlying molecular mechanisms remain largely unknown. Herein, we examined the importance of extracellular signal-regulated kinases, p38 mitogen-activated protein kinase(MAPK), and phosphatidylinositol 3-kinase(PI3-K)/Akt pathways in the A3D8-induced terminally differentiated THP-1 cells. THP-1 cells showed cytologic changes typical of mature monocytes and an increased expression of monocyte-specific antigen CD14(from 1.8±0.1% to 38.2±3.2%) and of myeloid-specific antigen CD11b(from 6.6±0.6% to 66.6±1.6%) 72hours after A3D8 treatment. The increase in the expression of these diffe- rentiation antigens was dose- and time-dependent. CD44 ligation with A3D8 mAb led to rapid and sustained activation of the essential kinases in the extracellular signal- regulated kinase pathway such as phospho-Raf-1, phospho-MEK1/2, and phospho-ERK1/2. In addition, Ser473 Akt phosphorylation was also observed shortly after the cells were treated with A3D8 mAb and was sustained thereafter. In contrast, the phosphorylation of p38 MAPK was dramatically decreased by CD44 ligation. Pre-treatment of cells with MEK1 inhibitors, PD98059 and U0126, potently inhibited THP-1 differentiation. Pre- treatment of cells with PI3-K inhibitor LY294002 also resulted in nearcomplete inhibition of A3D8 mAb-induced differentiation and also blocked the A3D8-induced MEK/ERK activation, but not the activation of Raf-1.Taken together, these findings demonstrated that the cross-talk between the activa- tion of A3D8-inducible PI3-K/Akt pathway and the Raf/MEK/ERK pathway in THP-1 cell exists, and plays a critical role during CD44 ligation-induced THP-1 differentiation.