Genetic Effect of ALOX15 Polymorphisms on Aspirin-Exacerbated Respiratory Disease

Abstract

BACKGROUND AND OBJECTIVE: The 15(s)-hydroxyeicosatetraenoic acid (15(s)-HETE), a major metabolite of 15-lipoxygenase (15-LO) pathway, has been suggested to contribute to asthma pathogenesis. Elevated levels of 15(s)-HETE in bronchoalveolar lavage fluid (BALF) were demonstrated in severe asthmatics and aspirin-exacerbated respiratory disease (AERD). To investigate genetic contribution of ALOX15 in the development of AERD, we performed the genetic association of ALOX15 study in a Korean population. MATERIALS AND METHODS: One hundred-seventy one patients with AERD, 229 patients with aspirin-tolerant asthma (ATA), and 195 normal healthy controls (NC) were enrolled. Three polymorphisms (-427G/A, -272C/A, -217G/C) in the promoter were genotyped by a primer extension method. The functional variabilities of the promoter polymorphisms were analyzed by luciferase reporter activity assay, electrophoretic mobility shift assay (EMSA), and enzyme activity assay in red blood cell (RBC) lysates. RESULTS: No significant difference of the genotype frequency in ALOX15 genetic polymorphism was addressed. Peripheral blood total eosinophil count was significantly higher in AERD patients with the GG genotype of -427G>A polymorphism (P = 0.016) and ht1 [GCG] (P<0.001). The promoter activity of ht1 [GC] construct was significantly higher compared to that of ht3 [AG] construct in A549 and U937 cells (P<0.001, respectively). Moreover, -427 G specific binding protein was observed by EMSA. The AERD patients with the -427G allele had higher 15-LO activity and the metabolites of 15-LO in RBC lysates. CONCLUSION: These results suggest that the promoter polymorphisms of ALOX15 gene affect on 15-LO activity, finally leading to the development of AERD.

연구배경 및 목적: 아스피린 과민성 천식의 특징으로 아스피린에 노출 시 더욱 악화된 기관지 수축, 만성 부비동염, 비용종 반응을 나타낸다. 15-리폭시게나아제의 주요 대사산물인 15(S)-HETE은 천식의 병인기전에도 관여하는 인자로 아스피린 과민성 천식 환자와 중증 천식환자의 기관지 폐포 세척 액에서 15(S)-HETE치의 증가가 보고되었다. 본 연구는 아스피린 과민성 천식 환자의 발병에서 15-리폭시게나아제 관련 유전자의 관련성 여부를 연구하였다. 재료 및 방법: 아스피린 민감성에 따라 두 군으로 나누어, 아스피린 내성 천식 (aspirin tolerant asthma, ATA) 229명, 아스피린 과민성 (aspirin exacerbated respiratory disease, AERD) 환자 171명 그리고 정상 대조군 (normal healthy control, NC)195명의 한국인을 대상으로 15-리폭시게나아제의 유전자 다형성 (single nucleotide polymorphisms, SNPs) haplotype-based case-control 연구를 수행하였다. 15-리폭시게나아제 유전자 다형성에 따른 기능 차이를 규명하기 위해 luciferase reporter assay 와 electrophoretic mobility shift assay (EMSA)를 수행하였으며, 생체기능 연구로 적혈구 용해액를 이용한 효소활성도를 측정하였다. 결과: 15-리폭시게나아제 유전자의 대립형질 빈도의 유의성은 없었다. 하지만 아스피린 과민성 천식환자의 -427G/A의 GG유전자형과 -427G/C, -272C/A 와 -217G/C 의 haplotype 인 ht1[GC]에서 혈중 호산구 수치가 유의하게 높았다(P=0.016, P<0.001 각). 그리고 A549 세포주와 U937 세포주를 이용한 프로모터 활성도를 측정한 결과 ht3[AC]와 비교한 결과 ht1[GC]를 가진 plasmid 일수록 유의하게 높은 프로모터 활성도를 나타내었으며, EMSA 실험에서 -427G 서열이 -427A 서열에 비해 높은 전사인자의 결합능을 보였다. 또한 적혈구 (red blood cell)를 이용한 효소 활성도를 확인한 결과, 15(S)-HETE과 eoxic C4가 정상 대조군과 비교하였을 때 아스피린 과민성 천식 환자에서 유의하게 높았다. 또한 아스피린 과민성 환자의 eoxic C4 수치가 아스피린 내성 천식 환자와 비교하였을 때 유의하게 높은 수치를 보였다. 결론: 상기 결과들은 아스피린 과민성 환자의 혈중 호산구의 현저한 증가에 따라 -427G 대립형질을 포함한 ht1[GC] 대립유전자는 효소의 활성을 증가시켜 대사산물을 증가시킴으로써 아스피린 과민성 천식의 병인기전에 기여할 가능성을 시사한다.