산화스트레스에 의한 망막신경절 세포의 세포사에서 허혈전처치의 보호효과 및 열충격단백질과의 연관

Abstract

[한글]

녹내장은 전 세계적인 실명의 주요원인으로 시신경을 구성하는 축삭손상과 망막신경절세포의 자멸사가 특징이다. 원인으로는 안압상승, 시신경허혈, 산화스트레스 등의 여러 가지가 작용 할 것으로 생각되나 그 정확한 발생기전은 밝혀져 있지 않다. 허혈전처치는 세포생존에 밀접한 연관이 있으며 일시적 허혈 후 세포가 갖는 일종의 적응반응이며 녹내장에서의 시신경손상을 억제하는 세포보호작용이 있는지와 망막신경절세포의 실험관 모델에서 열충격단백질과의 연관성을 알아보기 위해 H2O2를 산화스트레스로 가한 후 LDH assay 와 Western blot, real time RT-PCR을 이용하여 관찰하였다. 허혈전처치의 세포보호효과는 약 8시간의 허혈전처치가 가장 컸으며 열충격단백질의 발현도 허혈전처치 직후부터 관찰되어 2시간 후까지 증가하다가 감소하였고 그 중에 Hsp27이 가장 높은 상승곡선을 보였다. 세포생존에 관계되는 Bcl-2와 Bcl-XL의 mRNA 발현도 허혈전처치 직후부터 크게 증가한 후 서서히 감소하였고 세포사에 관여하는 Bad, Bax는 거의 변화가 없었다. Western blot 상의 단백질발현은 Bcl-2가 허혈전처치 직후부터 증가하여 약 24시간까지 유지되었고 Bcl-XL는 별다른 변화가 없었으며 Bad는 감소하였다. 이의 결과를 종합해보면 망막신경절세포는 산화스트레스를 받았을 때 허혈전처치에 의해 세포보호효과를 가질 수 있으며 이는 열충격단백질 특히 Hsp27의 발현과 연관됨을 알 수 있었다. 이러한 세포보호작용은 생체 내가 아닌 망막신경절세포 단독으로도 관찰되어 향후 어떤 기전으로 허혈전처치와 Hsp27이 연관되는지에 대한 추후연구의 밑바탕이 될 수 있을 것으로 보인다.

[영문]

Glaucoma, characterized by axonal loss of the optic nerve and apoptosis of retinal ganglion cells, is a major cause of blindness worldwide. Although various risk factors including increased intraocular pressure, optic nerve ischemia and oxidative stress have been identified, the precise etiologic nature of the disease remains elusive. Ischemic preconditioning seems to be an adaptive process for cell survival against a sustained ischemic insult following an initial brief ischemia. The aim of the present study was to determine the existence of such a protective process in retinal ganglion cells in an in vitro model of glaucoma and to find any relevance with expression of heat shock proteins (Hsp). A retinal ganglion cell line was put through oxidative stress with hydrogen peroxide and the effects were analyzed through lactic dehydrogenase (LDH) assay, western blot and real time RT-PCR. Cellular protective effects of ischemic preconditioning were shown to be greatest after eight hours of preconditioning. Hsp expression was found to increase immediately after ischemic preconditioning and remained at maximal elevation at two hours after insult from when expression was found to decrease. Hsp27 showed the most increase. The expression of Bcl-2 and Bcl-XL mRNA, believed to influence cell survival, increased dramatically immediately after insult then slowly declined. Bad and Bax mRNA expression, thought to determine cellular apoptosis, showed negligible change. Western blot analysis for protein expression demonstrated an immediate increase of Bcl-2 which was maintained for twenty four hours, while the expression of Bcl-XL failed to show any demonstrable change and Bad decreased. In conclusion, oxidative stress to retinal ganglion cells seems to possess a protective quality through ischemic preconditioning, which seems at least in part to be associated with Hsp27 expression after exposure to such stress. Such cellular protection mechanisms seem to apply at the level of the retinal ganglion cell in vitro and this study can serve as a basis for further investigations into the association of ischemic preconditioning and increased expression of Hsp27.