The roles of STAT3 in ovalbumin-stimulated HaCaT cells = ovalbumin으로 자극된 HaCaT 세포에서 STAT3의 역할
저자
발행사항
대전 : 을지대학교 대학원, 2023
학위논문사항
학위논문(석사)-- 을지대학교 대학원 : 미용화장품과학과 2023. 2
발행연도
2023
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
대전
형태사항
ix, 43 p. ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 이창석
UCI식별코드
I804:25018-200000664216
소장기관
STAT는 다양한 사이토카인의 신호전달을 통해 여러 세포 반응을 매개하는 전사 인자이다. STAT3는 주로 증식, 분화, 면역 및 염증을 조절한다. 특히 STAT3는 아토피 피부염과 같은 만성 염증성 피부질환에 관여한다. 그러나 아토피 피부염에서 STAT3의 역할과 기전이 완전히 밝혀지지 않았기 때문에 본 연구에서는 OVA에 의해 아토피 피부염 유사 증상을 유발하는 각질형성세포에서 STAT3의 다양한 역할을 조사하였다. 아토피 피부염은 만성 염증과 Th2의 우세적인 면역 불균형에 의한 피부 장벽 기능 결함을 특징으로 한다. 이 연구에서는 Th2 면역 반응을 유도하는 알레르겐인 OVA를 각질형성세포에 자극했다. 우선, OVA로 자극된 각질형성세포에서 STAT3의 단백질 발현이 증가함을 확인하였다. 또한, STAT3의 활성화제로 잘 알려진 사이토카인인 IL-6의 발현도 OVA로 자극된 각질형성세포에서 증가됨을 확인하였다. OVA는 IL-6 mRNA와 단백질 발현을 증가시켰다. 이는 OVA이 각질형성세포에서 IL-6/STAT3 신호전달을 활성화시키는 것을 나타낸다. 본 저자는 각질형성세포에서 OVA로부터 유도된 IL-6/STAT3 신호 전달의 다양한 역할을 밝히는 것을 목표로 했다. 먼저 8종의 피부장벽 관련 유전자를 평가하여 아토피 피부염에서 STAT3가 피부장벽 기능 저하에 관여하는지 확인하였다. ELOVL4, AQP3, IVL 그리고 CERS3의 mRNA 발현은 OVA로 자극된 각질세포에서 감소하였다. 이들 유전자가 STAT3의 활성과 발현에 의해서 조절되는지 확인하기 위해, 먼저 siRNA STAT3를 각질형성세포에 transfection 시킨 후 4개 유전자 ELOVL4, AQP3, IVL, CERS3의 mRNA 발현을 평가하였다. OVA에 의해 감소되었던 ELOVL4, IVL 및 CERS3의 mRNA 발현은 STAT3를 knock down 시킨 각질형성세포에서 회복되었다. 그러나, OVA에 의해 감소되었던 AQP3의 mRNA 발현은 STAT3를 knock down 시킨 각질형성세포에서 회복되지 않았다. 두번째로 STAT3의 활성 억제제인 S3I를 처리한 각질형성세포에서 OVA를 처리한 후, 4개 유전자의 mRNA 발현을 평가하였다. ELOVL4의 mRNA 발현은 S3I를 처리한 각질형성세포에서 회복되었다. 그러나, OVA에 의해 감소되었던 AQP3, IVL, CERS3의 mRNA 발현은 S3I를 처리한 각질형성세포에서 회복되지 않았다. 따라서 STAT3의 발현과 활성 모두에 의해 조절되었던 ELOVL4의 발현을 동일한 방법으로 단백질 수준에서도 평가하였다. 그 결과, OVA에 의해 감소된 단백질 발현이 mRNA 발현 수준과 동일한 경향성으로 회복되었다. IL-6로 자극된 각질형성세포에서 ELOVL4의 발현이 감소함을 확인하였다. 따라서, 이는 IL-6/STAT3가 OVA 유도로부터 아토피 피부염 유사 증상이 일어난 각질형성세포에서 ELOVL4의 발현을 하향 조절함을 시사한다. TSLP는 Th2 반응을 매개하는 대표적인 사이토카인으로 아토피 피부염에서 TSLP는 가려움증을 유발하고 염증을 촉진한다. 그러나, STAT3 발현이 아토피 피부염 유사 증상에서 TSLP를 조절한다는 연구는 이전에 보고된 바가 없다. 따라서 IL-6/STAT3가 아토피성 피부염 유사 증상에서 TSLP 발현을 조절한다는 가설을 세웠다. TSLP의 mRNA 발현은 OVA와 IL-6에 의해 증가되었다. 그리고 TSLP의 mRNA 발현이 STAT3 활성 및 발현에 의해 증가함을 발견하였다. 이 결과는 IL-6/STAT3 신호가 TSLP의 발현을 증가시킨다는 것을 시사한다.
아토피 피부염에서는 피부 표면이 두꺼워지는 것을 관찰할 수 있다. 피부 표피는 물리적 자극과 염증 반응으로 인해 두꺼워진다. STAT3가 과증식에 관여한다는 것은 잘 알려져 있다. 본 연구에서는 STAT3가 OVA으로부터 유도된 아토피 피부염에서 증가된 과증식을 조절한다는 가설을 세웠다. 각질형성세포에 OVA를 처리했을 때 세포 증식이 증가함을 확인하였고, AG490을 처리한 각질형성세포에서 세포 증식과 상처치유효과가 감소함을 관찰하였다. WST-8을 이용한 세포증식 평가에서 IL-6은 각질형성세포의 증식을 증가시켰다. OVA로부터 유도된 IL-6/STAT3 신호가 각질 세포에서 세포 증식과 세포 이동을 증가시킨다는 것을 발견했다. 결론적으로, 이 연구에서는 아토피 피부염의 발병기전에서 IL-6/STAT3 신호전달의 역할은 피부 장벽 기능을 감소시키고, 염증성 사이토카인을 증가시키며, 과증식을 유발한다는 것을 밝혔다. 이를 통해 STAT3가 아토피 피부염의 발병에 기여하는 다양한 역할을 한다는 것을 확인하였다.
Signal transducer and activator of transcriptions (STATs) are transcription factors that mediate various cellular responses by signaling of cytokines. STAT3 mainly regulates cell proliferation, differentiation, immunity and inflammation. In particular, STAT3 is involved in a chronic inflammatory skin disease such as atopic dermatitis (AD). However, since the mechanism and role of STAT3 in AD have not been fully elucidated, this study investigated the mechanism and role of STAT3 in human keratinocyte HaCaT cells that induce AD-like symptoms by ovalbumin (OVA).
AD is characterized by chronic inflammation and defective skin barrier function by T helper 2 (Th2)-dominant immune imbalance. In this study, OVA, an allergen that induces Th2-immune response, was stimulated in HaCaT cells. To start with, it was confirmed that the protein expression of STAT3 was increased in OVA-stimulated HaCaT cells. In addition, the expression of IL-6, which is well known as an activator of STAT3, was also increased in OVA-stimulated HaCaT cells. It was found that OVA activates the IL-6/STAT3 signaling pathway in HaCaT cells. It aimed to elucidate the role of OVA-induced IL-6/STAT3 signaling in HaCaT cells. First, it was confirmed whether the IL-6/STAT3 signaling pathway is involved in the impaired skin barrier function in AD. Messenger RNA (mRNA) expressions of eight skin barrier-related genes, Occludin (OCLN), Claudin-1 (CLDN1), Filaggrin (FLG), Loricrin (LOR), Elongation of very long chain fatty acids 4 (ELOVL4), Aquaporin 3 (AQP3), Involucrin (IVL), Ceramide synthase 3 (CERS3) were evaluated in OVA-stimulated HaCaT cells. mRNA expressions of ELOVL4, AQP3, IVL, and CERS3 were decreased in OVA-stimulated HaCaT cells. However, the mRNA expression of other genes was increased. To determine that ELOVL4, AQP3, IVL and CERS3 genes are regulated by STAT3, mRNA expression of four genes were evaluated in STAT3 knock down HaCaT cells. The mRNA expression of ELOVL4, IVL, and CERS3 was recovered in OVA-stimulated HaCaT cells when STAT3 expression was knocked down. And, mRNA expression of four genes was evaluated in S3I-treated HaCaT cells. mRNA expression of ELOVL4 was recovered by S3I treatment in OVA-stimulated HaCaT cells. However, mRNA expression of AQP3, IVL and CERS3 was not recovered by S3I treatment in OVA-treated HaCaT cells. Therefore, the expression of ELOVL4, which is mediated with both expression and activity of STAT3, was evaluated at the protein expression level. As a result, the protein expression of ELOVL4 was recovered to the same way as the mRNA expression level in OVA-stimulated HaCaT cells. The mRNA and protein expression of ELOVL4 were decreased in IL-6-stimulated HaCaT cells. Thus, it suggests that IL-6/STAT3 signaling pathway down-regulates the expression of ELOVL4 in HaCaT cells that cause OVA-induced AD-like symptoms.
TSLP is a representative cytokine that mediates the Th2 response. In AD, TSLP induces pruritus and promotes inflammation. However, a study that STAT3 expression regulates TSLP in AD-like symptoms has not been previously reported. This study hypothesized that IL-6/STAT3 regulates TSLP expression in AD-like symptoms. The mRNA expression of TSLP was increased by OVA and IL-6. And it found that mRNA expression of TSLP was decreased by STAT3-knock down or AG490 treated HaCaT cells. These results suggest that IL-6/STAT3 signaling pathway mediates TSLP expression.
In addition, a thickened skin surface can be observed in AD. The skin epidermis thickens due to physical stimulation and inflammatory response. It is well known that STAT3 is involved in hyperplasia. In this study, it was hypothesized that STAT3 induces hyperplasia in AD. It was observed cell proliferation and wound healing effects in OVA-stimulated HaCaT cells, there effects were decreased when AG490 was treated to OVA-stimulated HaCaT cells. IL-6 increased HaCaT cell proliferation. Therefore, it found that OVA-induced IL-6/STAT3 signaling increases cell proliferation and wound healing effect in HaCaT cells. In conclusion, the role of IL-6/STAT3 signaling in the pathogenesis of AD is to decrease skin barrier function, increase TSLP expression that mediate inflammatory response, and cause hyperplasia. This identified that STAT3 plays various roles contributing to the pathogenesis of AD.
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