Protective Role of Klotho against Endometrial Cell Disease

Abstract

자궁내막증은 일반적으로 자궁 내강 내층에 위치하는 자궁내막 조직이 자궁 내강 외부에 존재하는 상태이다. 가임기 여성의 10~15%에서 발생하지만 원인, 병태생 리, 진단, 및 치료와 예방 방법은 아직까지 정확하게 알려져 있지 않으면서 여성이 폐 경에 이르기 전까지 심각하고 반복적인 골반통과 불임등 다양한 증상을 유발하고 여 성의 삶을 황폐하게 만드는 진행성 질환 중 하나이다. 자궁내막증의 원인에 대해서는 다양한 가설이 보고되고 있고, 여러 문헌들에 따르면 inflammation을 비롯하여 SGK1, IGF1 및 Orai1 등이 자궁내막증, 자궁선근증 및 자궁내막암을 유발하는 pathologic mediators로 제시되고 있다. 본 연구는 이러한 mediators를 이용하여 자궁내막증의 병원성 경로를 밝히고 자 하였다. 염증 신호는 여러 보고서에서 NFκB를 통한 Ca2+진입(SOCE)을 증가시켜 자궁내막증을 유도하는 것을 확인하였다. IGF1은 PI3K/Akt 경로를 통해 Ca2+ 진입 (SOCE)을 증가시켜 Orai1을 활성화시키는 것을 확인하였다. SGK1의 경우는 자궁선근 증 및 자궁내막암에서 높게 발현되고 Orai 1을 활성화시키는 것을 확인하였다. αKlotho 유전자는 hypomorphic klotho 대립 유전자 마우스에서는 성장 지연, 혈관 석회화, 골다공증 및 조기 사망을 포함한 다양한 수명 관련 표현형을 보였으나, 반대로 klotho 유전자가 과발현된 쥐는 노화 방지 유전자라는 증거를 뒷받침하는 수 명 연장을 보여주었다. αKlotho는 유형 1 막횡단 항노화 단백질입니다. αklotho 결핍 마우스는 조기 노화 표현형과 Ca2+ 및 인산염을 포함한 이온 항상성의 불균형을 보입 니다. Soluble αKlotho는 다중 이온 채널 및 성장 인자 매개 PI3K 신호 전달을 조절하 는 것으로 알려져 있다. Klotho 계열 중에서 αKlotho는 SOCE를 하향 조절하는 반면 β Klotho 또는 γKlotho는 SOCE에 영향을 미치지 않는 것으로 알려져 있다. Soluble αKlotho는 혈청 자극 SOCE 및 Ca2+ 방출 활성화 Ca2+ (CRAC) 채널 전류를 억제하며, serum 채널의 vesicular exocytosis를 자극하여 Orai1의 세포 표면 풍 부함을 증가시킨다. 혈청 자극 SOCE 및 Orai1의 세포 표면 풍부는 αKlotho 단백질 또는 PI3K 억제제의 사전 배양에 의해 억제됩니다. Brefeldin A 또는 tetanus toxin 또 는 PI3K 억제제의 전처리 실험에서 SOCE 및 Orai1가 세포 표면 위에 많아지는 현상 을 억제하는데 αKlotho에 의해 이러한 현상이 방해 되는 것을 확인하였다. 이상의 결과들은 soluble αKlotho가 Orai1 채널의 PI3K 구동 vesicular exocytosis를 억제함으로써 SOCE를 하향 조절하고 SOCE 매개 종양 세포 이동의 억제 에 기여한다는 것을 입증하였다. 다음 실험에서 Klotho 발현은 종양 형성 및 혈청 또 는 IGF-1 매개 자궁내막증 진행과 음의 상관관계가 있었으며, 이는 Klotho가 자궁 내 막세포 뿐만 아니라 관 세포에서도 보호 역할을 할 수 있음을 설명할 수 있었다. 이 모든 결과를 통해 Klotho와 성장 인자 및 호르몬 수용체 매개 Ca2+ 채널 활성화를 연 결하는 메커니즘에 대한 새로운 관점을 제공하고 Ca2+ 신호 조절 장애로 인한 질병 치료를 위한 새로운 치료 전략을 제공할 수 있을 것이다.

Endometriosis is a condition in which endometrial tissue, which is normally located in the inner layer of the uterine lumen of the female reproductive tract, is present outside the uterine lumen. It is a progressive disease that induces various symptoms such as pelvic pain and further devastates the patient. It occurs in 10 to 15% of women of reproductive age. The cause, pathophysiology, diagnosis, treatment, and prevention are still not precisely known. Because the cause of endometriosis is reported by various hypotheses, a clear treatment has not been suggested. Several literature reviews have reported that SGK1, IGF1 and Orai 1 are pathogenic mediators that induce endometriosis, adenomyosis, and endometrial cancer. We are trying to elucidate pathogenic pathway of endometriosis with these mediators. Inflammation signaling has been reported to induce endometriosis by increasing Ca2+ entry (SOCE) through NFB in several reports. IGF1 was observed to activate Orai1 by increasing Ca2+ entry (SOCE) through the PI3K/Akt pathway. Inhibition was observed to inhibit the pathway to endometriosis. SGK1 was observed to be highly expressed in uterus adenomyosis and endometrial cancer and to activate Orai1. The αKlotho gene showed various lifespan-related phenotypes including growth retardation, vascular calcification, osteoporosis, and premature death in mice of the hypomorphic klotho allele. Conversely, mice with overexpression of the klotho gene show a lifespan extension that supports the evidence that they are anti-aging genes. αKlotho is a type 1 transmembrane anti-aging protein. αKlotho-deficient mice have premature aging phenotypes and an imbalance of ion homeostasis including Ca2+ and phosphate. Soluble αKlotho is known to regulate multiple ion channels and growth factor-mediated phosphoinositide-3-kinase (PI3K) signaling. Store-operated Ca2+ entry (SOCE) mediated by pore-forming subunit Orai1 and ER Ca2+ sensor STIM1 is a ubiquitous Ca2+ influx mechanism and has been implicated in multiple diseases. However, it is currently unknown whether soluble αKlotho regulates Orai1-mediated SOCE via PI3Kdependent signaling. Among the Klotho family, αKlotho downregulates SOCE while βKlotho or γKlotho does not affect SOCE. Soluble αKlotho suppresses serum-stimulated SOCE and Ca2+ release-activated Ca2+ (CRAC) channel currents. Serum increases the cell-surface abundance of Orai1 via stimulating vesicular exocytosis of the channel. The serum stimulated SOCE and cell-surface abundance of Orai1 are inhibited by the preincubation of αKlotho protein or PI3K inhibitors. Moreover, the inhibition of SOCE and cell-surface abundance of Orai1 by pretreatment of brefeldin A or tetanus toxin or PI3K inhibitors prevents further inhibition by αKlotho. Functionally, we further show that soluble αKlotho ameliorates serum-stimulated SOCE and cell migration in breast and lung cancer cells. These results demonstrate that soluble αKlotho downregulates SOCE by inhibiting PI3K-driven vesicular exocytosis of the Orai1 channel and contributes to the suppression of SOCE-mediated tumor cell migration. In the following experiments, Klotho expression was negatively correlated with tumorigenesis and serum- or IGF-1-mediated endometriosis progression indicating that Klotho may have a protective role in tubular cell as well as in endometrial cell. Altogether, these results provide novel perspectives on the mechanisms linking Klotho and growth factors and hormone receptor-mediated Ca2+ channel activation and offer new therapeutic strategies for the treatment of diseases caused by dysregulation of Ca2+ signaling. Keywords: Endometriosis, Klotho, Orai1, IGF1, SGK1, Ca2+ signaling, Ishikawa cell.