The role of gangliosides in pathogenesis of Graves' ophthalmopathy

Abstract

[한글]

그레이브스 눈병증은 자가면역 갑상샘 질환인 그레이브스씨 병에 연관되어 발생하는 안와질환으로, 그 병리 기전은 명확히 밝혀지지 않았으나 안와 결체 조직 내 존재하는 안와섬유모세포가 주요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. Ganglioside는 sialic acid를 포함하고 있는 glycosphingolipid로서 모든 조직의 형질막에 광범위하게 존재하며, 세포의 분화와 증식, 그리고 신호전달의 기능을 하는 것으로 알려져 있다. 그레이브스씨 병에서는 갑상샘 세포막의 ganglioside의 발현 형태가 변화됨이 보고되었으며, 갑상샘 조직에서 GD1a의 증가와 sialyltransferase의 활성도가 증가되어 있음이 보고되었다. 그러므로 ganglioside가 그레이브스 눈병증의 병리기전에도 관여할 것임이 예상되나 현재까지 연구된 바 없다. 본 연구의 목적은 그레이브스 눈병증의 병리 기전에 있어 ganglioside의 역할을 밝히고자 하였으며, 그레이브스 눈병증 환자의 수술 시 얻어진 안와 조직과 이로부터 배양한 안와섬유모세포를 재료로 하여 연구를 시행하였다. 본 연구 결과, 그레이브스 눈병증 환자의 안와 지방 조직 내에 정상 안와 지방 조직 내에서는 발현되지 않는 GT1b가 발현되어 있음을 관찰할 수 있었으며, 그레이브스 눈병증 환자로부터 얻은 안와섬유모세포에서 sialyltransferase-4a의 mRNA 발현량이 증가되어 있음을 관찰할 수 있었다. 또한 정상 안와 조직으로부터 얻은 안와섬유모세포에 ganglioside를 처리한 결과, GM1은 안와섬유모세포의 분화를 유도하지 않았으나 GD1a와 GT1b는 안와섬유모세포의 지방세포로의 분화를 유도하였고, GT1b 처리 후의 분화 정도가 더 확연하였으며, ganglioside mixture의 처리가 분화에 대한 최대의 효과를 보임을 관찰할 수 있었다. 그리고 이러한 ganglioside처리 후 지방세포로의 분화 유도는 dermal fibroblast와 preadipocyte에서는 관찰되지 않았다. 또한 안와섬유모세포에 대한 ganglioside 처리는 유리된 hyaluronic acid의 양을 증가시킴을 관찰하였으며, 염증관련 cytokine과 chemokine 및 COX-2의 mRNA의 발현량의 증가를 유도 시킴을 관찰할 수 있었다. 이상의 결과로 ganglioside는 안와섬유모세포에 대하여 그레이브스 눈병증의 주요 병리 변화를 유도함을 밝힐 수 있었으며, 그러므로 ganglioside및 연관 효소들이 그레이브스 눈병증의 병리 기전에 관여할 것으로 사료된다.

[영문]

Graves’ophthalmopathy is an orbital disease, a component of Graves’ disease which is the thyroid disease related with pathology of autoimmunity. Although the detailed pathologic mechanisms are yet to be known, orbital fibroblasts which exist in orbital connective tissue are believed to play a major role in the process. Gangliosides are sialic acid-containing glycosphingolipids, which widely distributed in the plasma membranes of all vertebrate tissue having roles in cell differentiation, proliferation and signal transduction. In Graves’ disease, altered pattern of ganglioside profile in thyroid membranes and increased activity of sialyltransferase as well as increased GD1a in thyroid tissue from patients with Graves’ disease have been reported. Therefore, it appears to be highly possible that gangliosides play a role in pathogenesis of Graves’ ophthalmopathy. However, few studies have determined the role of ganglioside in Graves’ ophthalmopathy. The purpose of this study was to investigate the role of gangliosides in pathogenesis of Graves’ ophthalmopathy. Orbital tissues from patients with Graves’ ophthalmopathy as well as normal subjects were obtained during surgery, and orbital fibroblasts were primarily cultured from each obtained tissue. The expressions of gangliosides and sialyltransferase were examined, and the effect of ganglioside on orbital fibroblast in resting state from normal subjects was studied. GT1b was expressed in orbital tissue of patients with Graves’ ophthalmopathy, which was not detected in orbital tissue of normal subjects. Moreover, the expression of sialyltransferase-4a mRNA was also increased in orbital fibroblast from patients with Graves’ ophthalmopathy. The treatment with GD1a or GT1b induced the differentiation of orbital fibroblasts in resting state, those from subjects without Graves’ ophthalmopathy or other inflammatory disease, into adipocyte, while GM1 showed no noticeable effect. GT1b showed more potency to induce the differentiation of orbital fibroblast into adipocyte than GD1a, and this differentiation was most obvious when treated with ganglioside mixture, whereas dermal fibroblast and preadipocyte were irresponsive to the same treatment. Ganglioside mixture increased the amount of hyaluronic acid released and enhanced the expression of mRNA levels of inflammatory cytokines and chemokines, including COX-2, in orbital fibroblast. These results together suggest that gangliosides may have a role in pathologic mechanisms of Graves’ ophthalmopathy.