Functional roles of tissue transglutaminase in apoptotic mechanisms of cardiomyocytes

Abstract

[한글]

Tissue transglutaminase (tTG)는 포유동물의 조직에 산재되어 있으며 세포막에 결합되어 세포 외부나 세포막에 결합되어 세포 내부나 세포질에서 발견된다. 세포의 기능적 측면에서 tTG의 생리적 역할은 확실히 알려진 것이 없다. 대다수의 연구들은 tTG에 의한 아미드 교환반응이 세포사멸을 촉진 혹은 억제시킬 수 있는 반면, 이 효소의 구아노신 3인산과의 결합된 상태는 일반적으로 사멸로부터 세포를 보호한다는 점을 강조한다. 즉 이전의 연구들은 tTG가 세포사멸의 과정에서 이중성을 보여줌을 지적한다. 이번 연구에서 우리는 신생 백서의 심근세포의 세포사멸 과정에서 tTG가 상당한 역할을 할 것이라고 가정하였다. 우선, 신생 백서의 심근세포를 2시간 동안 500 μM H2O2 혹은 24시간 동안 100 μM retinoic acids로 처리 하였다. 심근세포에 세포사멸을 유발시키는 자극을 준 후 tTG의 단백질 발현의 증가를 확인하기 위해 면역세포염색분석과 유체 세포측정법을 사용하였다. Caspase-3 활성 측정법은 tTG의 발현과 세포 사멸 사이의 상당한 관련성을 보여주고 있다. 면역분석법은 tTG 단백질의 발현 증가가 p-ERK1,2, p-Akt 그리고 Bcl-2과 같은 세포 생존 혹은 항세포사멸 신호 분자를 상당히 억제하나 caspase-8, cytochrome c 그리고 Bax의 활성은 강화시킨다는 사실을 보여주고 있다. tTG의 단백질 발현은 또한 세포내 칼슘의 과부하를 조절하는데 이는 tTG의 유전자를 삽입하여 이를 과발현 시킨 심근세포를 500 μM H2O2로 처리한 결과 PLC-δ1의 단백질 발현과 PKC의 활성은 감소시키기 때문이다. 게다가 우리의 결과는 tTG의 단백질 발현과 tTG 관련 세포 사멸 분자들이 calreticulin (CRT)의 단백질 발현 수준에 의해 조절됨을 보여주고 있다. 그러므로 이 연구가 보여주고 있는 것은 tTG의 단백질 발현 수준이 세포사멸 신호를 조절하고 세포내의 칼슘의 수준과 신호를 매개한다는 것이다.

[영문]Tissue transglutaminase (tTG) is ubiquitously expressed in mammalian tissues; found both extracellularly at the cell surface in association with the extracellular matrix and intracellularly in membrane-associated as well as cytosolic forms. The physiological role of tTG remains unclear in the cellular function. The majority of studies support the notion that transamidation by tTG can both facilitate and inhibit apoptosis, while the GTP-bound form of the enzyme generally protects cells against death. In that, many previous studies indicated Janus face of tTG in the apoptotic program. In this study, we hypothesize that tTG plays a pivotal role in neonatal rat ventricular cardiomyocyte under apoptotic condition. Neonatal rat cardiomyocytes were treated with 500 μM H2O2 for 2 hours or 100 μM retinoic acids for 24 hours. Immunocytochemistry and flow cytometry was performed to determine more increased expression of tTG after apoptotic stimulation. Caspase-3 assay demonstrated considerable correlation between tTG expression and apoptosis. Immunoblot assay analysis demonstrated increased tTG expression significantly inhibit survival or anti-apoptotic signal molecules such as p-ERK1, 2, p-Akt and Bcl-2 but enhance activation of caspase-8, cytochrome c and Bax. tTG expression also regulated intracellular Ca2+ overload because cardiomyocytes transfected with tTG under treatment of 500 μM H2O2 induced reduction of PLC-δ1 expression and PKC activation. Furthermore, our data showed that tTG expression and tTG-related apoptotic signal molecules were controlled by calreticulin (CRT) expression level. Therefore, the results from this study show that tTG expression level modulates apoptotic signal molecule and undergo on intracellular calcium level and signal.