Downregulation of lysosome-associated membrane protein-2A in the pathogenesis of COPD

Abstract

Background: Macroautophagy plays an important role in the pathogenesis of chronic obstructive pulmonary disease (COPD), but the role of chaperone-mediated autophagy (CMA) has not been investigated. We investigated if and how CMA is involved in the pathogenesis of COPD. Methods: We measured the level of lysosome-associated membrane protein-2A (LAMP-2A), which is a critical component of CMA that functions as a receptor for cytosolic substrate proteins, in total lung tissues and primary human bronchial epithelial cells (HBEC) from healthy never smokers, smokers, and COPD patients. We assessed the effects of LAMP-2A knock-down on cigarette smoke extract (CSE)-induced aging, cell cycle arrest, and apoptosis in BEAS-2B cells and the expression levels of apoptosis hallmarks in primary HBECs and lung tissue sections. Results: We found that the protein levels of LAMP-2A in lung homogenates and primary HBECs from smokers and COPD patients were lower than those from never smokers. In addition, its level in primary HBECs was negatively correlated with years of smoking. CSE caused degradation of LAMP-2A protein via the lysosomal pathway by activating macroautophagy. Knock-down of LAMP-2A markedly enhanced CSE-induced expression of senescence markers such as p16, p21, p27, and p53, G2/M cell cycle arrest, up-regulation of cyclin B1, and apoptosis in BEAS-2B cells. Apoptosis was increased in CSE-treated primary HBECs and in lung tissues from smokers and COPD patients. Conclusion: Cigarette smoke-induced down-regulation of LAMP-2A is involved in acceleration of aging and apoptosis of lung epithelial cells, which might at least partially contribute to COPD pathogenesis.

연구 배경: 세포 자식 작용 (macroautophagy) 은 만성폐쇄성폐질환의 병인에 중요한 역할을 하지만, 샤페론 매개 자가포식 (chaperon-mediated autophagy, CMA)의 역할에 대해서는 연구된 바가 없다. 이에 우리는 샤페론 매개 자가포식이 만성폐쇄성폐질환의 병인에 관여하는지 여부와 그 역할을 살펴보고자 하였다. 방법: 우리는 샤페론 매개 자가포식의 중요 구성요소로서 세포질 기질 단백질의 수용체로서 역할하는 리소좀 관련 막 단백질 2A (lysosome-associated membrane protein-2A, LAMP-2A) 수치를 비흡연자, 흡연자, 만성폐쇄성 폐질환 환자의 폐조직과 기관지 상피세포 (primary human bronchial epithelial cells, HBECs)에서 측정하였다. 또한 LAMP-2A의 억제 (knock-down)가 담배연기추출물로 유발한 노화, 세포주기 정지, BEAS-2B 세포의 세포 자멸사와, 폐 상피세포와 폐조직에서의 세포 자멸사 표지자의 발현에 끼치는 영향을 평가하였다. 결과: LAMP-2A 단백질 발현은 흡연자와 만성폐쇄성폐질환 환자의 폐조직 균질액과 폐 상피세포에서 비흡연자에서보다 낮았다. 부가적으로 폐 상피세포에서 LAMP-2A 수치는 흡연 기간과 음의 상관관계를 보였다. 담배연기 추출물은 macroautophagy를 활성화시킴으로써 리소좀 경로를 통해 LAMP-2A 분해를 유발하였다. LAMP-2A 억제는 담배연기추출물로 유발된 노화표지자 (p16, p21, p27, p53) 발현, G2/M 세포주기 정지, cyclin B1 상향조절, 그리고 BEAS-2B 세포에서의 세포 자멸사를 증가시켰다. 담배연기 추출물을 투여한 폐 상피세포와, 흡연자와 만성폐쇄성폐질환 환자의 폐조직에서 세포 자멸이 증가하였다. 결론: 담배연기로 인한 LAMP-2A 하향조절은 폐 상피세포의 노화와 세포 자멸사의 가속화에 관여함으로써 만성폐쇄성폐질환의 병인에 적어도 부분적으로 관여하는 것으로 보인다.