Helicobacter pylori CagA determines the gp130-activated SHP2/ERK and JAK/STAT signal transduction pathways in gastric epithelial cells

Abstract

[한글]헬리코박터 암단백 CagA는 위 상피세포내로 주입되어 타이로신 인산화를 거쳐 활성화되면 SHP2와 결합하여 일련의 신호전달 체계를 교란시키게 된다. 또한 Il6 의 세포 수용체인 gp130은 bifunctoinal domain을 지니고 있어 두 신호전달체계의 균형을 조절하게 되는데 이 두 신호전달계계의 균형이 깨졌을 경우 즉, STAT1/3 신호전달계의 활성화가 월등히 나타날 경우 위종양을, SHP2-Ras-ERK 활성화가 월등히 나타날 경우 심한 소화관점막의 궤양성 변화를 유도하는 것이 보고 되었다. 본 연구의 목적에서는 CagA 단백의 활성화가 숙주 위상피 세포내 성장인자의 신호전달에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 SHP-2 효소의 활성화를 유도한다는 데에 기반을 두고 gp130 경유 SHP-2/Ras/ERK 신호전달체계와 STAT1/3-JAK 신호전달체계의 차별적 활성화를 비교함으로써 CagA 단백의 인산화 유무에 따른 영향을 연구하고자 하였다. 이 실험에서 위암상피세포로 AGS를 사용하였고 헬리코박터 균주로는 한쌍의 아형균주인 147A 와 147C 균주를 사용하였다. 또한 인산화유무를 지닌 CagA 발현벡터를 사용하였다. CagA, SHP2 또는 gp130 단백 사이의 결합능을 immunoprecipitation 실험기법을 통해 확인하였다. CagA 인산화에 따른 STAT3와 ERK 활성도를 웨스턴 기법을 통해 확인하였다. 이 연구에서 세포 내로 주입된 CagA는 인산화 유무에 상관없이 gp130 수용체를 활성화시켰음을 확인하였다. CagA 단백의 인산화가 immunoprecipitation을 통해 SHP2 단백과의 결합능을 증가시키는 것을 확인하였고 immunoblot을 통해 하위신호전달체계인 ERK 활성화도 증가시키는 것을 확인하였다. 반면, STAT3 활성화를 immunoblot으로 분석한 결과 인산화가 일어나지 않는 CagA 균쥬에서는 STAT3 활성화가 나타나는 반면 인산화가 일어나는 CagA 균주에서는 STAT3 활성도가 현저히 낮았다. 따라서 균주의 CagA 단백의 인산화 여부에 따라서 대표적 두 가지 신호전달체계의 활성화가 다르게 나타났으며 이는 변화하는 숙주환경에서 H. pylori 유전형의 끊임없는 변이가 다양한 병태생리를 유발할 수 있는지를 보여주는 한 기전을 설명 할 수 있는 결과로 판단된다.

[영문]The Helicobacter pylori oncoprotein, CagA may undergo tyrosine phosphorylation following its translocation into human gastric epithelial cells, with downstream effects on signal transduction. Recent studies of gp130 knock-out mice have shown that disruption of the gp130 receptor modulating the balance of the SHP2/ERK and JAK/STAT pathways enhanced peptic ulceration and gastric cancer. This study aimed to evaluate the effect of translocated CagA, in relation to its tyrosine phosphorylation status, on the gp130-mediated signal switch between the SHP2/ERK and STAT3 pathways. Human gastric epithelial cells (AGS) and a pair of naturally occurring cagA isogenic mutants of H.pylori, 147C and 147A (presence or absence of tyrosine phoshorylation activities) were used. CagA expression vectors with or without tyrosine phosphorylation activities were also used. Immunoprecipitation assay was used to assess the interaction between CagA, SHP2, and/or gp130. Influence of phosphorylation status of CagA on the activation of STAT3 or ERK pathways was analyzed using western blotting. The results of this study showed that in the presence of CagA, SHP2 is recruited to gp130. Phosphorylated CagA showed enhanced SHP2-binding activity, and greater induction of ERK1/2 phosphorylation, whereas unphosphorylated or dephosphorylated CagA showed preferential STAT3 activation. These findings indicate that phosphorylation status of CagA affects the signal switch between the SHP2/ERK and STAT3 pathways through gp130, providing a novel mechanism to explain pathogenesis of H.pylori-induced diseases.