The Role of Peroxiredixin Ⅲ in the ototoxic drug-induced mitochondrial apoptosis of cochlear hair cell

Abstract

Apoptosis is essential during development and for maintenance of healthy tissues. Dysregulation of apoptosis has thus been found to contribute to many pathologies, including neurodegenerative disorders, as well as to tumor promotion. Normal cellular processes that involves oxygen result in the production of reactive oxygen species. Intracellular H2O2 is removed mostly by catalase, glutathione peroxidase, and peroxiredoxin(Prx). The newly identified Prx family of peroxidases includes at least six isoforms in mammalian cells. Among them, Prx III is synthesized with a mitochondrial targeting sequence and is then transferred to mitochondria. We have shown that Prx III is an important, if not the most important, H2O2-eliminating enzyme in mitochondria and that the mitochondrial generation of H2O2 contributes to apoptotic signaling independently of the direct contribution of O2-. The intracellular accumulation of H2O2 caused by Prx III depletion resulted in accumulation of apoptosis, with increased rates of mitochondrial membrane potential collapse, cytochrome c relaease, and caspase activation. In conclusion, we demonstrated that cisplatin, gentamycin induced apoptosis was related to mitochondria-dependant pathyway through interaction with H2O2 and Prx III.

이과 영역에서 이독성 약물에 의한 신경세포사멸은 잘 알려진 사실이나 그 작용기전에 관하여는 잘 알려져 있지 않다. 세포사멸과정은 세포사에 있어 유기체의 자연스런 과정일 수 있으나 조절기전에 변동이 생기면 개별 장기의 질병을 일으킬 수 있다. 이러한 세포사멸 조절기전에 Redox-Balance가 관여하며 항산화제는 세포보호작용을 한다. 본 연구는 이독성 약물에 의한 세포사멸과정중 활성산소의 생성과 관계되는 mitochondrial가 관여되는 과정과 보호인자로서 작용하는 Peroxiredoxin(Prx) III의 역할을 알아보고자 하였다. 실험방법은 백서의 청각신경세포주를 배양하여 Prx의 isoform의 발현양상을 확인하고 RNA간섭기법을 이용하여 Prx III 단백질을 결핍시킨 후 이독성 약물인 cisplatin과 gentamicin을 처리하였다. 세포사멸을 확인하는 방법으로 Tunnel assay, caspase-9, caspase-3, PARP검출을 이용하였다. Mitochondria의 손상여부는 cytochrome c와 membrane permeability transition detection 방법을 이용하였고 ROS생성은 DHR123 염색이 이용되었다. 이로써 청각신경세포주가 이독성 약물에 노출되었을 때 Prx III는 활성산소에 대항하는 보호작용을 하며 세포사멸 과정의 일부로서 mitochondria를 통하는 경로를 확인할 수 있었다. 본 연구를 통하여 세포내 활성산소와 내인적인 항산화제의 작용, 그리고 그로인한 이차적인 세포내 신호전달과정이 청각신경세포의 세포사멸을 일으키고, 아울러 난청의 발현에 영향을 줄 수 있음을 알 수 있었다.