초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
활성산소는 노화 현상과 여러 질병을 유발 시킨다. 세포수준에서 H₂O₂는 세포 증식, 분화, 사멸, 노화 같은 여러 생물학적 현상에 관련되어있는 것이 알려졌다. 어떻게 단순한 H₂O₂ 농도의 증가가 그렇게 다양한 결과를 유발하는지를 밝히는 것이 본 연구진의 장기적인 연구 목표이다. 그리고 H₂O₂를 제거하는 효소로 근래 알려진 Prx가 H₂O₂에 의한 세포신호전달과 병리작용에서 어떤 역할을 하는지 알아내려고 한다.

□ 연구결과
1. PDGFR, EGFR, TCR, 또는 BCR에 의하여

□ 연구의 목적 및 내용
활성산소는 노화 현상과 여러 질병을 유발 시킨다. 세포수준에서 H₂O₂는 세포 증식, 분화, 사멸, 노화 같은 여러 생물학적 현상에 관련되어있는 것이 알려졌다. 어떻게 단순한 H₂O₂ 농도의 증가가 그렇게 다양한 결과를 유발하는지를 밝히는 것이 본 연구진의 장기적인 연구 목표이다. 그리고 H₂O₂를 제거하는 효소로 근래 알려진 Prx가 H₂O₂에 의한 세포신호전달과 병리작용에서 어떤 역할을 하는지 알아내려고 한다.

□ 연구결과
1. PDGFR, EGFR, TCR, 또는 BCR에 의하여 자극된 세포에서 Prx I의 Tyr 194가 인산화 되면서 활성을 잃는데 이는 lipid raft에서만 일어난다. PrxI 인산화는 동물에서 피부의 wound healing과정에서 세포 증식이 필요한 단계에서 매우 강하게 일어난다. 이렇게 lipid raft 같은 특정한 장소에서만 Prx I이 불활성화 되는 현상을 밝힘으로써 어떻게 H₂O₂가 독성을 최소화 하면서 신호전달 역할을 할 수 있는지 설명할 수 있게 되었다.
2. 지역적 H₂O₂ 농도 변화를 측정하기위하여 제작한 세포막 타겟 Hyper 센서 단백질을 과량발현 하였을 때, 세포사멸 현상이 유발되었다. 과량 발현시킨 Hyper 센서 단백질이 H₂O₂를 없애는 peroxidase로써 작용함을 밝혔으며, 이는 형광단백질 센서를 이용하는 데 주의를 해야 한다는 중요한 사실과 세포막에서의 H₂O₂가 세포 생존을 위하여 필요함을 보여준다.
3. 세포분열기로 시작하는 단계에서 Prx I의 Thr 90은 Cdk1에 의하여 인산화 되어 활성을 잃게되고 이로인한 centrosome에서 축적된 H₂O₂가 Cdk1의 positive feedback 활성화를 위하여 필요함을 밝혔다. 이는 Prx 단백질이 인산화를 통한 활성 억제가 centrosome 같은 특정한 장소에서 H₂O₂의 축적을 유발하여, 세포분열기로 진행에 필요함을 나타낸다.
4. 활성산소는 phosphoinositide 4-phosphatase인 Sac1을 산화시키고, 이는 Golgi에서 지역적으로 PtdIns 4-phosphate를 증가시켜, 단백질의 이동을 촉진시킨다.
5. Srx와 PrxI의 공조 작용은 쥐의 간에서 알콜에 의하여 유발되는 산화적 손상을 보호하기위하여 필요하다.
6. 부신에서 glucocorticoid를 생성하는 동안 cytochrome p450가 전자를 방출하여 H₂O₂ 가 생성되고 이 활성산소를 제거하는 과정에서 Prx III가 mitochondria에서 과산화 된다. 과산화로 Prx III가 활성을 잃으면 H₂O₂가 축척되어, p38 MAPK를 활성회 시키고, 이로 인하여 StAR 합성이 억제되고, 결국 glucocorticoid 생성이 억제됨을 밝혔다. 또한 이때 Srx 의 발현이 증가되어 Prx III의 과산화를 억제하게 된다. 이로써 glucocorticoid 생성을 조절하는 기작을 새로 규명했는데 이기작은 기존에 알려진 hypothalamus-pituitary gland-adrenal로 연결된 조절 기능과 상이한 기전으로 glucocorticoid 생성의 24시간 일중 변동에 중요함을 밝혔다. PrxIII 재활성화는 HSP90 의존적으로 Srx의 mitochondria로의 이동에 의하여 조절됨을 밝혔다.
7. Sestrin 2가 어떻게 세포내에서 항산화 작용을 하는지는 논란의 대상이었다. Sestrin 2는 Nrf 2 pathway를 억제하고있는 Keap1과 결합하여 Keap 1의 degradation을 촉진시킴으로써 Nrf2 신호전달을 활성화시키고, 쥐의 간에서 refeeding 시에 나타나는 lipogenesis과정의 갑작스런 자극으로 인한 산화적 손상을 방지하는 역할을 함을 밝혔다.
8. 적혈구에서 catalase, GPx1, Prx II의 상대적 역할을 연구하였다. GPx1는 selenocysteine이 dehydroalnine으로 바뀌면서 H₂O₂에 의하여 비가역적으로 활성을 잃는데, PrxII는 Srx에 의존적인 cysteine hyperoxidation에 의하여 조절됨을 밝혔다. 또한 PrxII hyperoxidation의 일주기성은 hemoglobin autooxidation으로 인한 H₂O₂와 20S proteasome 의존적 분해에 의하여 조절됨을 알게 되었다.

□ 연구결과의 활용계획
오랫동안 활성산소는 세포내에서 멋대로 파괴적인 활동만 한다고 생각되었다가 근래에는 과산화수소가 정상적인 신호전달 역할을 한다는 것이 알려졌다. 우리의 연구는 이렇게 모순되어 보이는 현상을 설명하고 과산화수소에 의한 신호전달체계를 수립하고자 한다. 역사적으로 볼 때 새로운 신호전달체계 수립은 항상 신약개발로 이어져 왔고 우리의 활성산소 신호전달체계 연구도 예외는 아닐 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 5p)

Abstract ▼

□ Purpose& contents
ROS are implicated as mediators of aging as well as a variety of diseases. At cell level, H₂O₂ is known to participate in diverse biological processes such as proliferation, differentiation, apoptosis, and senescence. Our long-term goal is to understand how a signal as simple

□ Purpose& contents
ROS are implicated as mediators of aging as well as a variety of diseases. At cell level, H₂O₂ is known to participate in diverse biological processes such as proliferation, differentiation, apoptosis, and senescence. Our long-term goal is to understand how a signal as simple as a rise in H₂O₂ can trigger such diverse biological outcomes. Towards that end, we also aim to define the role of peroxiredoxin (Prx), a newly emerging family of H₂O₂-eliminating enzymes, in modulating the intracellular signaling functions and pathophysiological impact of H₂O₂.

□ Result
1. Prx I is phosphorylated specifically on Tyr 194 and consequently inactivated in cells stimulated via PDGFR, EGFR, TCR or BCR. The phosphorylation is confined to Prx I molecules associated with lipid rafts. The localized inactivation of Prx I thus provides a means for allowing the transient accumulation of H₂O₂ around lipid rafts, where signaling components are concentrated, while preventing the toxic accumulation of H₂O₂ elsewhere.
2. The H₂O₂-sensor function of HyPer is based on the conformational change induced by the H₂O₂ -dependent disulfide formation. Plasma membrane-targeted overexpression of HyPer caused cell death probably because the reversible disulfide formation continuously consumes H₂O₂ molecules around the plasma membrane that are needed for cell survival.
3. Prx I is specifically associated with centrosome. At the cell cycle transition from G2 to M, the cetrosomal Prx I is phosphorylated on Thr 90 by Cdk1 and inactivated. This peroxiedase inactivation allows localized H₂O₂ accumulation around the centrosome, which we found is a critical factor for mitotic entry.
4. The lipid phosphatase Sac1, which regulates local pools of PtdIns-4-phosphate at Golgi membranes is readily inactivated by H₂O₂. This inactivation leads to an increase in the PtdIns-4-phosphate concentration at Golgi membranes and promotion of protein secretion.
5. Concerted action of Srx and PrxI protects against alcohol-induced oxidative injury in mouse liver.
6. The synthesis of steroid hormones in adrenal gland and ovary is accompanied by H₂O₂ generation from leaky cytochromep 450s, which results in the hyperoxidation and inactivation of PrxIII in mitochondria. The seeming imperfections of electron leakage by cytocochrome P450s and inactivation of Prx III by its own substrate represent an evolutionary adaptation for feedback inhibition of steroidogenesis in adrenal gland and ovary. PrxIII reactivation is strictly regulated by HSP90-dependent mitochondrial translocation of Srx.
7. How Sestrin2 (Sesn2) works as an antioxidant has been a controversial issue. We showed that sestrins activate Nrf2 by promoting p62-dependent autophagic degradation of Keap1 and prevent oxidative damage resulting from the acute stimulation of lipogenesis associated with refeeding in mouse liver.
8. The relative role of catalase, GPx1, and Prx II in RBC was evaluated. GPx1 is irreversibly inactivated by H₂O₂ which converts the active site selenocysteine to dehydroalanine, whereas Prx II is regulated by Srx-dependent reversible Cys hypeeroxidation. Circadian oscillation of Prx II hyperoxidation is regulated by hemoglobin autoxidation-produced H₂O₂ and 20S proteasome-dependent degradation.

□ Expected Contribution
It has been assumed that ROS functions within cells in a random and solely destructive manner. Recent evidence has accumulated that H₂O₂ can also participate in signal transduction pathways. Our studies will bridge the gap between these seemingly discrepant aspects of H₂O₂ and help establish the signaling pathways that utilize H₂O₂. History shows that advances in the basic understanding of cell signaling have invariably led to the development of novel therapeutic reagents. Our proposed studies on ROS will be no exception to this legacy of discovery and application.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 90
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 91
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 91
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 92
• 8. 참고문헌 ... 92
• 9. 연구성과 ... 94
• 10. 기타사항 ... 122
• [별첨1] 대 표 연 구 성 과 ... 123
• 끝페이지 ... 127