Downstream Signal Transduction Pathway in Human Middle Ear Cholesteatoma

Abstract

OBJECTIVES: Human cholesteatoma in the middle ear is characterized by the presence of a keratinized epithelium which is believed to have the hyperproliferative property. The pathogenesis of cholesteatoma including its hyperproliferative characteristic is still unknown. The proliferation and differentiation of cells in specialized tissues and the expression of their properties are under the control of a large number of regulatory processes and complex interactions called signal transduction. The signal transduction pathway may be initiated by the external signals such as growth factors which bind to their receptors and activate tyrosine kinases in the plasma membrane. With the development of the techniques of cell and molecular biologies, there have been many efforts to find the causes and to examine the biologic behaviors of the cholesteatoma. This study was undertaken to investigate the distribution of PLC-γ1, EGFR, PI3K and PDGFR in human middle ear cholesteatoma. MATERIALS AND METHODS: Using Western blot, RT-PCR and immunohistochemical techniques, we investigated the reaction patterns of antibodies to PLC-γ1, EGFR, PDGFR-α, PDGFR-β, and PI3K as the proliferation and differentiation markers in 10 human middle ear cholesteatoma specimens. For the control, same study was performed with retroauricular skin. RESULTS: In RT-PCR, EGFR, PDGFR-β, and PLC-γ1 were detected in cholesteatoma epitheliums, while PDGFR-α and PI3K were not detected. Only PDGFR-β was detected in retroauricular skins. In immunostaining, intensity of PDGFR-α and PI3K were not expressed in cholesteatoma epitheliums and retroauricular skins. EGFR protein was detectable in both basal cell and the suprabasal cell layers of cholesteatoma epitheliums, while it was detectable only in the basal cell layer of retroauricular skins. Strong expression of PDGFR-β was detected in some cholesteatoma epitheliums, while it was detected weakly in retroauricular skins. Expression of PLC-γ1 at the suprabasal cell layer and basal cell layer were more intense in cholesteatoma epitheliums than that in retroauricular skins. Using Western blot, EGFR and PLC-γ1 were detected strongly in cholesteatoma epitheliums than in the retroauricular skins, while PDGFR-β was detected strongly in retroauricular skins than in the cholesteatoma epitheliums. CONCLUSION: In human middle ear cholesteatomas, the role of downstream signal transduction pathway through EGFR and PLC-γ1 seemed to be dominant for the proliferation and differentiation of the keratinocyte.

목적: 중이 진주종은 상피세포의 과증식, 과각질화를 특징으로 하는 중이에 발생하는 질환이나 그 발생기전은 정확히 밝혀져 있지 않다. 따라서 진주종 세포의 성장과 분화 그리고 사멸에 관련된 세포 내 신호전달 체계에 대한 연구는 진주종의 발생기전을 밝히는데 중요한 연구이다. 이에 저자는 사람 중이 진주종 상피에서 성장 및 증식에 관여하는 세포표면 수용체인 epidermal growth factor receptor (EGFR), platelet derived growth factor receptor-α 및 -β(PDGFR-α, PDGFR-β), 세포 내 신호전달 물질인 phopholipase C-γ1 (PLC-γ1), phosphatidylinositol 3'-kinase(PI3K)의 발현을 분석함으로써, 사람 중이 진주종에서의 성장인자 수용체(growth factor receptors)와 하위 신호전달 물질(downstream signal transduction molecules)의 역할을 밝히고 진주종 상피세포의 세포 내 신호전달 체계를 규명하고자 하였다. 재료 및 방법: 아주대학교 병원 이비인후과에서 진주종성 중이염으로 수술 받은 환자 10 명으로부터 수술 시 중이 진주종 상피조직, 대조군으로 동일 환자의 후이개 상피조직을 채취하여 역전사 중합효소반응(reverse transcription - polymerase chain reaction, RT-PCR), 면역조직화학적 염색 및 Western blot을 시행하였다. 결과: RT-PCR상에서 중이 진주종 상피세포에서는 EGFR, PDGFR-β, PLC-γ1이 발현되었고, PDGFR-α, PI3K는 발현되지 않았으며, 후이개 상피세포에서는 PDGFR-β의 발현만이 확인되었고 다른 물질은 발현되지 않았다. 면역조직화학적 염색에서는 역시 PDGFR-α, PI3K는 중이 진주종 상피 및 후이개 상피에서 모두 발현되지 않았으며, EGFR은 중이 진주종 상피에서는 기저층과 기저상층 모두에서, 후이개 상피에서는 기저층에서만 발현되었다. PDGFR-β는 일부 중이 진주종 상피에서 기저층, 기저상층 모두에서 강하게 발현되었고, 후이개 상피에서는 기저층과 기저상층 하부에서 약하게 발현되었다. 한편 세포 내 신호전달 물질인 PLC-γ1은 중이 진주종 상피의 기저층, 기저상층 모두에서 발현이 되었고, 후이개 상피에서는 기저층에서 약하게 발현되었다. Western blot에서는 EGFR, PLC-γ1에서 중이 진주종 상피세포가 후이개 상피세포보다 강하게 발현되었고, PDGFR-β는 중이 진주종 상피세포보다 후이개 상피세포에서 더 강하게 발현이 되었으며, 다른 물질은 발현이 되지 않았다. 결론: 사람 중이 진주종 상피에서는 정상 상피와는 달리 EGF 수용체 자극에 따라 PLC-γ1이 활성화되는 세포 내 하위 신호전달 체계가 과각질화 현상을 일으키는 진주종 발생기전에 중요할 것으로 생각한다.