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IGF-1 increases expressions of biglycan and decorin in human dermal fibroblasts. : 피부 진피 섬유아세포에서 인슐린 유사성장인자-1에 의한 Biglycan과 Decorin 발현 증가

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Authors

임지영

Advisor
정진호
Major
의과대학 의과학과
Issue Date
2019-02
Publisher
서울대학교 대학원
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 의과대학 의과학과, 2019. 2. 정진호 .
Abstract
Proteoglycans (PGs) are a family of glycosaminoglycan-conjugated proteins. Biglycan and biglycan , members of small leucine repeat-rich PGs, are ones of skin-abundant PGs, and their amount decreases in both intrinsically aged and photoaged skin. However, the regulatory mechanisms of biglycan and decorin expressions have not been revealed clearly. Insulin-like growth factor 1 (IGF-1) is considered as an important factor in biological systems such as cell survival, growth, and apoptosis. As time goes by, it is very well known that secretion and synthesis of IGF-1 decline continuously. Therefore, I examined whether IGF-1 has effects on biglycan and decorin production.
Treatment with IGF-1 increased protein levels of biglycan and deocrin in primary cultured human dermal fibroblasts, but did not increase their mRNA levels. An IGF-1R blocker, NVP-AEW541 inhibited IGF-1 induced biglycan and decorin protein expressions. However, an MEK inhibitor, U0126 only inhibited IGF-1 induced protein levels of decorin, not that of biglycan. It is suggesting that the regulation of decorin by IGF-1 was affected by MEK/ERK pathway.
On the other hand, biglycan was not influenced by U0126. Therefore, to examine why biglycan protein was increased by IGF-1, I investigated the effect of IGF-1 on the degradation of biglycan. Degradation of biglycan, not that of decorin, was observed by incubation of the cultured media at 37°C. The degradation of biglycan was inhibited by treatment with EDTA, suggesting that those degradation is mediated by metalloproteinases. Moreover, it was inhibited in the IGF-1-treated fibroblast-cultured media. Furthermore, I found that treatment with IGF-1 reduced mRNA and protein expression levels of a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs 5 (ADAMTS5), which is known to degrade biglycan. In addition, the expression of tissue inhibitor of metalloproteinase 4 (TIMP4), which can act as inhibitor of ADAMTS5, were increased by IGF-1, suggesting that the reduction of overall ADAMTS5 activity by IGF-1 is responsible for the increased amount of biglycan. Knockdown of ADAMTS5 with siRNA resulted in augmented biglycan protein level.
Taken together, these results suggest that IGF-1 may be a new regulator of biglycan and decorin expressions by inhibition of its degradation by ADAMTS5 and activation of MEK/ERK pathway, respectively.
프로테오글리칸(proteoglycan)은 글리코사미노글리칸(glycosaminoglycan)이라고 부르는 특수한 구조의 당 복합체가 결합해 있는 단백질들을 말한다. 그 중에서도 바이글리칸(biglycan)과 데코린(decorin)은 피부에 풍부하게 존재하는 프로테오글리칸으로, 내인성 노화와 광노화 피부에서 단백질 양이 감소한다. 하지만 이들이 어떤 기전에 의해 조절되는지 아직 알려진 바가 없다. 인슐린 유사성장인자-1(insulin-like growth factor-1, IGF-1)은 세포의 생존, 성장, 세포의 자연사와 같은 다양한 생물학적 현상을 조절하는 중요한 인자로 알려져 있다. 시간의 흐름에 따라 노화가 진행되면서 인슐린 유사성장인자-1의 합성과 분비가 감소된다는 사실은 매우 잘 알려져 있다. 따라서, 노화에 따라 감소하는 인슐린 유사성장인자-1이 바이글리칸과 데코린의 생성을 조절하는지 연구하였다.
피부 조직에서 분리한 진피 섬유아세포에 인슐린 유사성장인자-1을 처리하고 바이글리칸과데코린의 mRNA와 단백질의 변화를 관찰하였을 때, 이들의 단백질 양은 증가하였지만 mRNA는 유의한 변화를 보이지 않았다. 인슐린 유사성장인자-1의 수용체의 억제제인 NVP-AEW541과 MEK의 억제제인 U0126이 인슐린 유사성장인자-1에 의한 데코린의 증가 효과를 상쇄시켰다. 따라서, 인슐린 유사성장인자-1에 의해 증가된 데코린의 발현은 이것의 신호 전달 경로 중 하나인 MEK/ERK 경로에 의한 것임을 알 수 있었다. 한편, 바이글리칸은 U0126에 의해 증가 효과가 상쇄되지 않았으므로, 분해 억제에 의한 단백질 축적 효과인지를 확인하고자 하였다. 섬유아세포를 키운 배양액을 37℃에 두었을 때, 아무것도 처리하지 않은 세포로부터 얻은 배양액(대조군)에서는 시간이 경과함에 따라 바이글리칸의 분해가 일어나는 것이 관찰되었으나, 인슐린 성장인자-1을 처리하여 키운 세포로부터 얻은 배양액에서 바이글리칸의 분해가 억제되는 것을 확인하였다. 이러한 분해 억제는 인슐린 성장인자-1을 처리하지 않은 대조군에 EDTA를 처리하여 37℃에 두었을 때도 나타났으므로, 이러한 바이글리칸의 분해가 메탈로프로테네이즈(metalloproteinase)에 의한 것임으로 생각된다. 그 세부 기전을 확인하였을 때, 바이글리칸을 분해할 수 있는 효소 중 하나인 ADAMTS5의 발현이 인슐린 유사성장인자-1에 의해 감소되는 것을 관찰하였다. 또한, 인슐린 유사성장인자-1의 처리에 의해 ADAMTS5의 억제자로 알려진 TIMP4의 발현도 증가됨을 확인함으로써, 인슐린 유사성장인자-1에 의해 ADAMTS5의 전체적인 활성의 감소로 바이글리칸의 분해가 억제된다고 생각된다. 더불어, siRNA를 통해 ADAMTS5의 발현을 억제하였을 때, 바이글리칸의 단백질이 증가하는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 내인성 피부노화에서 나타나는 바이글리칸과 데코린의 감소 원인으로 노화에 의해 감소되는 인슐린 유사성장인자-1을 제시하였다. 그 세부 기전으로서, 인슐린 유사성장인자-1은 ADAMTS5의 기저 발현을 감소시키고, 이것의 억제제인 TIMP4의 발현을 증가시킴으로써, 종합적으로 ADAMTS5의 전체적인 활성을 감소시켜 바이글리칸의 분해를 억제하는 기전으로 작용함을 밝혔다. 또한, 인슐린 유사성장인자-1의 신호 전달 경로 중 하나인 MEK/ERK 경로에 의해 데코린의 발현이 증가되어, MEK 억제제인 U0126에 의해 인슐린 유사성장인자-1에 의한 데코린 증가 효과가 상쇄됨을 확인하였다.
Language
eng
URI
https://hdl.handle.net/10371/151434
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