Proteomic and genomic analysis of interleukin-1β-treated NCI-H292 cells

Abstract

[한글]

점액 과분비는 인체기도의 염증성 질환을 야기하는 주원인이다. 저자들은 다방면의 염증반응을 일으키는 사이토카인인 interleukin-1β가 점액소 (MUC2, MUC5AC, MUC8)를 증가시킴으로써 기도의 염증에 중요한 역할을 하고 있음을 밝힌 바 있다. 하지만 아직도 기도의 점액 과분비를 일으키는 분자생물학적 기전은 잘 알려져 있지 않다. 기도의 점액과분비를 일으키는 기전을 이해하기 위해 저자는 IL-1β를 6시간 또는 24 시간 처치한 폐의 점액상피양암종 세포주 (NCI-H292 cells)를 가지고 2-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (2-D PAGE)와 cDNA microarray (8.6K)를 이용하여 차별적으로 발현되는 단백 및 유전자를 분석하였다. 2-D PAGE에서 저자는 IL-1β의 처치에 의해 차별적으로 발현되는 8개의 단백과 post-translational modification을 보이는 14 개의 단백을 발견할 수 있었다. cDNA microarray를 통해서는 6시간 처치에서는 413 유전자 (6.6%), 24 시간 처치에는 115 유전자 (2.0%)가 각각 조절되었다. IL-1β에 의해 조절 발현된 유전자는 유전자의 기능상 분류 중 대사성 유전자에 속하는 경우가 (6 시간 처치군– 73.0%, 24 시간 처치군– 63.8%) 조절성 유전자에 속하는 경우보다 (6 시간 처치군– 27.0%, 24 시간 처치군– 36.2%) 많았다. 프로테옴 분석과 microarray 분석을 비교해 보면, 유전자의 발현과 단백질의 발현 사이에서 상당한 불일치를 관찰할 수 있었다. 기도에 분비되는 단백질에 해당하는 유전자를 microarray를 통해 분석해 보면, MUC5B는 감소하는 반면에 sialomucin CD 164와 lysozyme, secretory leukocyte protease inhibitor (SLPI)는 증가함을 관찰할 수 있었다. 본 연구를 통하여 유전자 전사양만으로는 단백질 발현의 양을 예견하기는 힘들며, 유전자적 연구방법과 단백질적 연구방법의 분석분야가 상당히 다르기 때문에 이들이 유전자 및 단백질의 완전한 정보를 제공하기는 어려울 것으로 사료된다.

[영문]

Mucin hypersecretion is one of main pathogenesis causing inflammatory disease in respiratory tract. We showed that the pleiotypic proinflammatory cytokine, interleukin (IL)-1β, could play significant roles in respiratory tract inflammation by the induction of mucins (MUC2, MUC5AC, MUC8). However, it still remains unclear about the molecular mechanism to induce mucin hypersecretion in respiratory tract. To understand the mechanisms of mucin hypersecretion in airway epithelium, we identified differentially expressed proteins and genes in lung mucoepidermoid carcinoma cell line (NCI-H292 cells) on 6 and 24 hrs after treatment of IL-1β (10 ng/ml) by 2-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (2-D PAGE) proteomics and cDNA microarray analysis (8.6K). In the 2-D PAGE, we identified 8 differentially expressed proteins and 14 post-translational modification proteins on 6 and 24 hrs after treatment of IL-1β. A total 413 genes (6.6%) and 115 genes (2.0%) were found to be regulated after IL-1β treatment, respectively. Differentially expressed genes regulated by IL-1β treatment were mostly in metabolic pathway rather than regulatory pathway. By comparison of proteomic and microarray data, there was large discrepancy between gene expression and protein expression levels. Among the genes encode secreted protein of airway, MUC5B is down-regulated but sialomucin CD 164, lysozyme, and secretory leukocyte protease inhibitor (SLPI) are up-regulated. Our results clearly indicate that transcript levels provide little predictive value with the extent of protein expression. Due to the quite different scopes of evaluating fields between genomics and proteomics, they may not provide complete information on the gene and protein profiles.