Transglutaminase 2 mediates TLR3-dependent MMP-1 and MMP-13 expression in skin fibroblasts

Abstract

트랜스글루타미네이즈 2 (TG2) 는 칼슘 이온 의존적인 방식으로 단백질의 일차 아민기를 다른 단백질의 글루타민 잔기에 삽입하는 반응을 촉매하는 효소이다. TG2는 자외선과 같은 산화 스트레스 조건에서 활성화가 된다고 알려져 있다. 자외선은 피부 염증 반응과 주름 형성에 관여하는 중요한 요소이다. 자외선 조사를 받은 각화 세포는 dsRNA를 방출하며, 이것이 피부 섬유아세포의 Toll유사수용체 (TLR3) 에 인지되어 광 노화에 주요 인자인 기질금속단백질분해효소 1과13 (MMP-1, MMP-13)의 발현을 유도한다고 알려져 있다. TLR3의 작용 물질인 poly(I:C)는 소장의 상피세포에서TG2의 활성을 증가시킨다고 알려져 있다. 그러나, 주름 형성에서의TG2의 역할에 대해서는 설명된 바가 없다. 본 연구에서는, 피부 섬유아세포에서TG2가 MMP-1과MMP-13의 발현을 증가시킨다는 것을 보여주었다. poly(I:C) 처리는 TLR3를 통해서 세포 내 활성 산소 (ROS) 의 양을 증가시키고, 증가된 활성 산소는 TG2의 활성화에 기여함을 확인했다. 활성화된 TG2는 MMP-1과 MMP-13의 발현을 증가시켰다. TG2가 정상적으로 존재하는 피부 섬유아세포와 TG2가 없는 세포를 이용하여 MMP-1과 MMP-13이 TG2가 존재하지 않을 때 감소되는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 UV가 조사된 피부 섬유아세포에서 TG2가 MMP-1과 MMP-13의 발현을 조절함을 나타내고 있다. 그러므로, 본 연구는 TLR3에 의존적으로 발생한 ROS에 의해 TG2가 활성화되며, 활성화된 TG2는 NF-κB 신호 전달을 통해 MMP-1과 MMP-13의 발현을 조절할 수 있음을 시사하고 있다.

Transglutaminase 2 (TG2) is a calcium-dependent enzyme that incorporates primary amine groups of substrates into glutamine residue in proteins. It has been reported that TG2 is activated by oxidative stress such as ultraviolet (UV) radiation. UV is important factor in skin inflammation and wrinkle formation. It has been known that UV-irradiated keratinocytes release dsRNA, which recognizes to TLR3 in fibroblasts, and then induces the expression of matrix metalloproteinase -1 and -13 (MMP-1 and MMP-13) which are major factors in photo-aging. Poly(I:C), a TLR3 agonist, is known to increase TG2 activity in small intestinal epithelial cells. However, role of TG2 in wrinkle formation has not been elucidated. In this study, we show that TG2 increases the expression levels of MMP-1 and MMP-13 in skin fibroblasts. Treatment of poly(I:C) generates intracellular ROS, which contribute to TG2 activation through TLR3. Activated TG2 increases MMP-1 and MMP-13 expression. Using TG2 wild type and knock out skin fibroblasts, we confirm that expression levels of MMP-1 and MMP-13 are decreased in TG2 knock down or knock out skin fibroblasts. These results indicate that TG2 regulates MMP expression in skin fibroblasts under UV-radiated condition. Thus, these results indicate that TG2 is activated by TLR3-dependent intracellular ROS generation and regulates MMP-1 and MMP-13 expression through NF-κB signaling pathway.