Pyrrolidine dithiocarbamate에 의한 nuclear factor kappa B 활성 억제에서 아연과 산화-환원 환경의 역할

Abstract

[한글]Nuclear factor kappa B(NF-КB)는 면역, 염증, 발생, 세포 사망 등에 관여하는 유전자를 조절하는 전사조절단백인데 활성화 과정에서 억제단백인 IКB의 세포질 내 인산화 과정과 핵 내 DNA 결합 과정이 중요한 역할을 한다. 이 때 산화성 스트레스와 kinase 체계들이 관여하며 또한 세포 내 대표적 내인성 항산화 체계인 glutathione 산화-환원 균형도 조절 과정에 영향을 미칠 것으로 여겨지고 있다. Pyrrolidine dithiocarbamate (PDTC)는 원래 항산화제로서 NF-КB를 억제한다고 알려져 있었으나 최근 항산화제로서 뿐만 아니라 전산화제 또는 아연 ionophore로서의 역할이 보고되고 있다. 아연 이온은 구리나 철 이온에 비해 상대적으로 산화-환원능이 적고 특정 상황에서는 산화능 또는 환원능을 보이므로 NF-КB 조절에 있어 그 연관성을 쉽게 예측할 수 없다. 본 연구에서는 소 뇌혈관 내피세포에서 PDTC의 NF-КB 억제 작용이 다른 산화-환원 조절 물질에 의해 변화되는 양상을 조사하고 이를 통해 세포 내 산화-환원 환경과 아연 이온이 NF-КB 조절에 어떤 영향을 미치는지를 알아보고자 하였다. NF-КB 활성은 젤지연분석법(electrophoretic mobility shift assay)을 통해, 그리고 세포 내 glutathione은 glutathione S-transferase assay를 이용하여 측정하였다. PDTC는 NF-КB 활성을 용량의존적으로 억제하였다. N-Acetyl-L-cysteine, L-cysteine, α-lipoic acid, thioredoxin과 같은 thiol계 항산화제들은 PDTC에 의해 감소된 NF-КB 활성을 회복시켰다. 이와 반대로 trolox, ascorbic acid, 그리고 Mn(III)tetrakis(4-benzoic acid)porphyrin chloride 같은 non- thiol계 항산화제들은 PDTC에 의한 NF-КB 억제에 아무런 영향을 미치지 않았다. 또 PDTC는 용량의존적으로 세포 내 환원형 glutathione(GSH) 및 산화형 glutathione(GSSG)을 감소시켰다. L-Buthionine-(S,R)-sulfoximine(BSO)을 투여하여 세포 내 glutathione을 고갈시켰을 때, PDTC의 NF-КB 억제 효과가 크게 강화되었으며, BSO와 PDTC의 NF-КB에 대한 혼합 효과는 thiol계 항산화제에 의해서 GSH 회복 없이 반전되었다. 한편, PDTC는 세포 내 아연 이온을 증가시키고 Zn-chelator인 Ca-EDTA는 PDTC에 의한 GSH 감소를 회복시켰다. 아연 이온은 PDTC와 마찬가지로 NF-КB 활성을 억제시키고 thiol계 항산화제에 의하여 그 작용이 회복되었다.

이상의 결과를 종합해 보면, NF-КB 활성화를 조절하는 것은 항산화제의 산화-환원 환경의 변화에 의해서라기보다 thiol기 자체에 의한 것이며 이에 반응하는 PDTC 작용 매개체로서 아연 이온의 역할을 시사해 준다.

[영문]Pyrrolidine dithiocarbamate (PDTC) derives its pharmacological actions largely through its inhibition of a major transcription factor, NF-КB. PDTC inhibition of NF-КB activity has been thought to be due to its antioxidant potency. Recent studies on NF-КB regulation led to conflicting roles for PDTC as either an antioxidant or a pro-oxidant. It has been previously reported that PDTC inhibition of NF-КB activity in bovine cerebral endothelial cells (BCECs) was mediated by its action as a zinc ionophore. This study was designed to explore the mechanism of action of PDTC in the inhibition of NF-КB activity in BCECs by using thiol and non-thiol antioxidants and supressed glutathione systhesis. Thiol antioxidants, but not non-thiol antioxidants, reversed PDTC or zinc inhibition of NF-КB activity. PDTC lowered the cellular content of both reduced glutathione (GSH) and oxidized glutathione (GSSG). L-Buthionine-(S,R)-sulfoximine (BSO) reduced GSH and GSSG content to below detectable levels but did not alter basal NF-КB activity. However, PDTC inhibition of NF-КB activity was enhanced by BSO. N-Acetyl-L-cysteine, a thiol antioxidant, reversed PDTC effect even when glutathione synthesis was blocked by BSO. These results suggest that PDTC effect on glutathione-based redox state is not consequential in its suppression of NF-КB. Taken together, these data indicate that the zinc chelating capacity of thiols but not their antioxidant potential is the underlying mechanism in reversing PDTC effects. Results from this study are consistent with the contention that suppression of NF-КB activity in BCECs by PDTC and zinc is independent of their effects on the redox state.