The Role of eIF2α-Upregulated PGE2 Production in Ethanol-Induced Amyloid-β Overproduction

Abstract

에탄올 남용은 알츠하이머 병의 병태생리학적 진행에 따라 치매와 연관된 인지장애를 악화시킨다. 베타 분비효소 1 (BACE1)은 아밀로이드 베타 축적을 조절하며 알츠하이머 병 발병의 중요 조절인자이다. 그러나 에탄올이 어떻게 BACE1을 활성화시키는지 정확한 기전은 밝혀져 있지 않다. 한편 소포체 스트레스(ER stress)와 신경세포의 염증은 에탄올에 의한 신경퇴행의 요인으로 보고되고 있다. 이 연구의 목적은 에탄올에 의한 BACE1의 발현과 아밀로이드 베타 생산의 신호전달 과정 중에서 - 80 - 소포체 스트레스와 신경세포염증의 매개체인 PGE2의 역할을 밝히는 것이다. 사람 유래의 뇌종양세포주인 SK-N-MC를 이용하여 실험한 결과 에탄올의 양에 따라 BACE1의 발현이 증가되었다. 또한 에탄올에 의해 소포체 스트레스의 표지자인 활성산소종(ROS)의 생성과, CHOP의 발현, eIF2α의 인산화가 촉진되었다. 에탄올에 의해 증가된 COX-2 발현과 PGE2의 생성은 소포체 스트레스의 억제제인 PBA에 의해 감소되었다. eIF2α 인산화의 억제제인 salubrinal과 eIF2α siRNA를 사용한 결과 에탄올에 의한 COX-2 발현이 감소되었다. COX-2에 의한 BACE1의 활성화는 선택적 COX-2 억제제인 NS-398에 의해서 저해되었다. EP-2 수용체의 억제제인 PF-04418948는 에탄올에 의한 아밀로이드 베타 분비를 감소시켰다. 에탄올은 PKA의 활성화와 CREB의 인산화 및 핵 속으로의 이동을 촉진시켰고, 이는 PF-04418948에 의해 억제되었다. PKA 억제제인 14-22 amide나 CREB1 siRNA를 처리하면 에탄올에 의한 BACE1의 발현량 증가가 억제되었다. 결론적으로 에탄올은 COX-2 발현을 유도하여 PGE2의 생산을 증가시키고, 증가된 PGE2는 EP-2 수용체에 연결된 PKA/CREB 경로를 통해 BACE1의 양을 증가시킨다.

Ethanol abuse aggravates dementia-associated cognitive defects through the progression of Alzheimers disease (AD) pathophysiology. Beta secretase 1 (BACE1) is a key regulator of AD pathogenesis by controlling amyloid beta peptide (Aβ) accumulation. However, the exact mechanism by which ethanol triggers BACE1 still has not been elucidated. Endoplasmic reticulum ii (ER) stress and neuroinflammation have been proposed in ethanol-exaggerated neurodegeneration. Thus, this study investigated the role of ER stress and PGE2, a neuroinflammation mediator, in the signaling of ethanol-stimulated BACE1 expression and Aβ production. Using the human-derived neuroblastoma cell line SK-N-MC, the results show that ethanol up-regulated BACE1 expression in a dose-dependent manner. Ethanol stimulated reactive oxygen species (ROS), which induced ER stress markers, CHOP expression, and eIF2α phosphorylation. PBA (ER stress inhibitor) attenuated the ethanol-increased cyclooxygenase-2 (COX-2) expression and PGE2 production. By using salubrinal (inhibitor of eIF2α dephosphorylation) and EIF2A siRNA, the results show that eIF2α phosphorylation mediated the ethanol-induced COX-2 expression. COX-2-induced BACE1 upregulation was abolished by NS-398 (selective COX-2 inhibitor). Furthermore, PF-04418948 (EP2 receptor blocker) ameliorated the ethanol-stimulated Aβ secretion. Ethanol promoted PKA activation and CREB phosphorylation and their translocation into the nucleus

PKA activation and CREB phosphorylation are inhibited by PF-04418948. Moreover, pretreatment with 14-22 amide (PKA inhibitor) and CREB1 siRNA transfection suppressed the ethanol-elevated BACE1 levels. In conclusion, ethanol-induced COX-2 expression increases PGE2 production which elevates the BACE1 level through the EP2 receptor-linked PKA /CREB pathway.