17β-estradiol induces MUC5B gene expression through Ras/Raf-ERK MAP kinase-RSK1-CREB activation in human airway epithelial cells

Abstract

[한글]

MUC5B는 사람의 호흡기에서 주요 점액 성분의 하나이나 여러 기도질환에서 그 발현의 조절기전은 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 estradiol이 어떤 기전을 통하여 사람 코점막상피세포와 NCI-H292 세포에서 MUC5B 유전자 발현을 유도하는지 알아보고자 하였다. 17β-estradiol (E2)은 성호르몬으로 estrogen receptor α (ERα)와 결합하여 ERK-MAP kinase (MAPK)를 통하여 MUC5B 유전자 발현을 자극하였다. E2와 함께 ER길항제인 ICI 182, 780을 투여하면 E2에 의해 유도되는 ERK-MAPK 활성과 MUC5B 유전자의 발현이 모두 억제되었다. E2는 주요 MAP kinase중 p38과 JNK는 활성화시키지 않았으나 ERK1/2는 활성화시켰고 MEK1 길항제인 PD98059를 투여하였을 때 E2에 의한 ERK1/2활성과 MUC5B mRNA발현이 모두 억제되었다. 또한 siRNA로 ERK1 이나 ERK2를 knockdown시켰을 때E2에 의한 ERK1, ERK2의 활성과 MUC5B mRNA발현이 모두 억제되었다. Ras와 Raf의 dominant-negative construct로 transient transfection 시킨 세포에서도 E2에 의한 ERK1/2의 활성과 MUC5B mRNA발현이 모두 억제되었다. siRNA로 RSK1을 knockdown시켰을 때 E2에 의한 MUC5B mRNA발현이 억제되었다. siRNA로 CREB을 knockdown시켰을 때 E2에 의한 MUC5B mRNA발현이 억제되었다.일련의 MUC5B promoter construct를 제작하여 luciferase assay를 시행한 결과, -956bp 에서 -649bp사이에 존재하는 cAMP-response element (CRE) site가 ERK-MAPK 를 통한MUC5B 유전자 발현에 중요하다는 것을 알 수 있었다. E2를 처리하였을 때CREB이 -956bp에서 -753bp사이의 MUC5B promotor에 결합하는 것을 ChIP assay를 통하여 확인할 수 있었다. CREB은 또한 CRE site에 CREB- binding protein (CBP) 과 steroid receptor coactivator-1 (SRC-1)과 함께 결합하여 histone acetrylation과 MUC5B 유전자 발현을 증가시켰다. 따라서 17β-estradiol은 기도상피세포에서 estrogen receptor, Ras, Raf, MEK1, ERK1/2 MAPK, RSK1로 신호가 전달되며 CREB이 CBP, SRC-1과 함께 MUC5B promoter에 결합하여 MUC5B 유전자 발현을 유도한다.

[영문]

MUC5B is a major mucin of the human respiratory tract, and it is not clear how MUC5B expression is regulated in various airway diseases. The goal of this study was to determine the mechanisms by which E2 induces MUC5B gene expression in airway epithelial cells. It was found that 17-estradiol (E2), a sex hormone, stimulate MUC5B gene overexpression by interaction with estrogen receptor  (ER ) and by acting through ERK-MAP kinase (MAPK). Co-treatment with E2 and ER antagonist ICI 182,780 blocked both E2-induced ERK-MAPK activation and MUC5B gene expression. It was also found that the activation of p90 ribosomal S 6 protein kinase 1 (RSK1), cAMP-response element-binding protein (CREB) and cAMP-response element (CRE) (-956 region of the MUC5B promoter) responsive signaling cascades via ERK-MAPK are crucial at the mediation MUC5B gene expression. This study further showed that CREB was recruited to CRE together with CREB- binding protein (CBP) and steroid receptor coactivator-1 (SRC-1). This coincided with increased histone H3 acetylation (AcH3) and up-regulation of MUC5B gene expression. Taken together, these studies give additional insights into the molecular mechanism of hormone-induced MUC5B gene expression and enhance our understanding of abnormal mucin secretion in response to hormonal imbalances.