SCOPUS
KCI등재
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백서 뇌하수체 성장호르몬 종양세포의 Chicken Lysozyme 유전자 갑상선호르몬 반응요소에서 갑상선호르몬 수용체 역동학에 미치는 T₃효과 분석 = The Effect of T₃on Thyroid Hormone Receptor Dynamics in Thyroid Hormone Response Element of Chicken Lysozyme Silencer
저자
이성진 (한림대학교 의과대학 내과학교실) ; 박철영 (한림대학교 의과대학 내과학교실) ; 정인경 (한림대학교 의과대학 내과학교실) ; 홍은경 (한림대학교 의과대학 내과학교실) ; 최철수 (한림대학교 의과대학 내과학교실) ; 김현규 (한림대학교 의과대학 내과학교실) ; 김두만 (한림대학교 의과대학 내과학교실) ; 유재명 (한림대학교 의과대학 내과학교실) ; 임성희 (한림대학교 의과대학 내과학교실) ; 최문기 (한림대학교 의과대학 내과학교실) ; 유형준 (한림대학교 의과대학 내과학교실) ; 박성우 (한림대학교 의과대학 내과학교실) ; Larsen, P. Reed (Department of Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2003
작성언어
Korean
주제어
KDC
513.000
등재정보
SCOPUS,KCI등재,SCIE
자료형태
학술저널
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379-391(13쪽)
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연구배경: 유전자 전사과정은 증강부위 (enhancer) 또는 억제부위(silencer)의 복합작용을 통하여 조절되며 chicken Iysozyme 유전자의 억제부위는 두 개의독립적인 전사인자 결합부위 (Fl과 F2)를 가지는데 Fl부위는 75~93 kD 크기의 NePl 단백질이 결합하는 위치인 반면 역위회문구조(inverted palindrome, InvPal)의 F2 부위는 갑상선호르몬 수용체가 결합하는 갑상선호르몬 반응요소인 동시에 갑상선호르몬 수용체에 대해 높은 친화력을 가지고 있다. 실험적으로 Fl부위 또는 F2 부위 (이하 F2-TRE 부위)를 각각 다량체화(multimerization) 하였을 때 전사억제효과가 증가하였다는 연구 결과는 Fl 부위와 F2-TRE 부위가 서로 독립적으로 기능하는 구조임을 시사하고 있으며chicken Iysozyme 유전자의 억제부위가 완전한 전사억제효과를 가지기 위해서는 Fl 부위와 F2-TRE 부위가 모두 필요함이 보고 되어 있다. 현재 갑상선호르몬에 의한 chicken Iysozyme 유전자 조절기전을 규명하기 위해 많은 연구가 이루어지고 있으나 73 자극 전 ·후 갑상선호르몬 수용체의 역동학에 대해서는 아직까지 거의 보고된 바 없으며 이와 관련하여 저자들은 치근 사람의 간암세포주인 HepG2 세포에서 T₃ 자극전 ·후 갑상선호르몬 반응요소인 IRE2 부위에 대한 갑상선호르몬 수용체의 결합이 교대로 이루어지고 있음을 염색체 면역침전법 (chromatin immunoprecipitation, ChIP) 및 정량적 중합효소연쇄반응을 이용하여 확인한 바 있다. 이에 저자들은 본 연구에서 F2-lRE 부위를 포함하는 백서 뇌하수체 종양세포주인 GC8 세포를대상으로 염색체 면역침전법과 중합효소연쇄반응을 이용하여 갑상선호르몬 자극 전 후 시간적 순서에 따라 F2-TRE 부위에 결합하는 갑상선호르몬 수용체의 결합양상 변화를 분석함으로써 갑상선호르몬 수용체의 역동학적 모델을 제시하여 보고자 하였다.
방법: thymidine kinase(TK) promoter의 5' 부위에 chicken Iysozyme silencer의 고친화력 갑상선호르몬 반응요소(F2-TRE 부위)가 삽입된 플라스미드,mouse TRα gene이 삽입된 플라스미드, neomycinresistance gene이 삽입된 플라스미드를 백서 뇌하수체성장호르몬 종양세포인 GC 세포에 각각 주입하여 제작한 GC8 세포주를 사용하였다. 100 αM T₃를 투여하기 전과 투여한 후 12시간 뒤 TRαl, TRβl, TRβ2 항체를 이용하여 염색체 면역침전법과 고식적 중합효소연쇄반응 및 정량적 중합효소연쇄반응을 시행하였다. 각 갑상선호르몬 수용체 항체의 양을 1.5μL에서 4.5μL로 바꾸어 첨가한 후 동일한 방법으로 염색체 면역침전법을 반복하여 시행하였다. 100nM T₃를 투여하기전과 투여한 후 20분, 1시간, 2시간, 4시간, 6시간, 8시간, 12시간 뒤 TRαl, TRβl, TRβ2 항체를 이용하여 염색체 면역침전법을 시행하였다. 100nM T₃를 투여하기 전과 투여한 후 12시간 뒤 TRαl, TRβl, TRβ2
단백질의 발현량을 알아보고자 Western blot을 시행하였다.
결과: 100 nM T₃를 투여하기 전과 투여한 후 12시간 뒤 염색체 면역침전법과 F2-TRE 시발체를 이용한 고식적 중합효소연쇄반응을 시행하였을 때 T₃를 투여한 후 12시간 뒤 TRα1과 TRβ2의 결합은 증가한 반면 TRβl의 결합은 감소하였다. 정량적 중합효소연쇄반응으로 갑상선호르몬 수용체의 결합량을 측정하였을 때TRα1은 T₃ 투여 전 1.01에서 T₃ 투여 후 2.73으로 유의하게 증가하였으며 TBβl은 T₃ 투여 전 4.59에서 T₃투여 후 2.06으로 유의하게 감소하였고 TRβ2는 T₃ 투여 전 2.53에서 T₃ 투여 후 2.98로 증가하는 경향을보였다(TRα1, Δ=+170.3%, p<0.05; TRαl, Δ=-55.1%, p<0.05; TRβ2, Δ=+17.8%). 정량적 중합효소연쇄반응으로 측정한 갑상선호르몬 수용체의 전체 결합량은 T₃ 투여 전 8.13에서 T₃ 투여 후 7.77로 감소하였으나 통계적으로 유의하지 않았다(Δ=-4.4%).100nM T₃ 투여 전 ·후 시간별로 염색체 면역침전법과 정량적 중합효소연쇄반응을 시행하였을 때 TRα1 결합량은 T₃ 투여 후 20분과 6시간 뒤 각각 증가하였으며 TRβ2 결합량은 T₃ 투여 후 20분 뒤 최고치까지 증가하였다가 2시간 뒤부터 감소하였다. 그러나 TRαl 결합량은 T₃ 투여 후 1시간 뒤 최저치까지 감소되었다가 이후 지속적으로 유지되는 경향을 보였다. 100 nM T₃ 투여 전과 투여 후 2시간 뒤 갑상선호르몬 수용체의 결합량을 비교하였을 때 TRα1은 219.8% (1.01→3.23), TRβ2는 9.9% (2.53→2.78) 증가하였으나 TRβ1은 52.9% (4.59-)2.16) 감소하였으며 결합량 변화의 방향은 100 naM T₃ 투여 후 4시간 뒤와 6시간 뒤 갑상선호르몬 수용체 결합량 변화의 방향과 일치하였다(TRα1, 2.89→4.09, Δ =+41.5%; TRβl, 2.33→2.04, Δ=-12.4%; TRβ2, 2.57→2.59, Δ=10.8%). 갑상선호르몬 수용체 항체를 1.5 μL 또는 4.5 μL 투여한 후 F2-TRE부위에 대한 염색체 면역침전법 및 정량적 중합효소연쇄반응을 각각 시행하였을 때 첨가한 갑상선호르몬 수용체 항체의 양에 따른 갑상선호르몬 수용체결합량의 유의한 차이는 없었다. 100 nM T₃를 투여하기 전과 투여한 후 12시간 뒤 Western blot을 시행하였을 때 갑상선호르몬 수용체 발현량의 유의한 차이는 관찰되지 않았다.
결론: 본 연구에서 관찰된 T₃ 자극 전 · 후 chickenIysozyme 유전자의 F2-TBtE 부위에 대한 갑상선호르몬 수용체 이성체의 교대현상 및 시간적 순서에 따른 갑상선호르몬 수용체 결합양상의 변화가 나타내는 의미에 대하여 추시 연구가 필요함은 물론 추가적으로 다른 유전자 또는 다른 종류의 세포주를 대상으로 T₃자극에 따른 갑상선호르몬 수용체 결합양상의 변화와유전자 발현을 검토하여야 할 것이다. 한편 본 연구 결과만으로는 갑상선호르몬 수용체 역동학에 대한 많은 의문점을 풀 수 없음에도 불구하고 아직까지 국내외적으로 갑상선호르몬 수용체의 역동학에 대한 연구 결과가 거의 없는 현실을 고려하여 볼 때 본 연구는 제한적이나마 일정한 농도의 갑상선호르몬 자극 전ㆍ후chicken Iysozyme 유전자의 F2-TRE 부위에서 갑상선호르몬 수용체의 교대현상을 재확인하였다는 점과 갑상선호르몬 자극 전 · 후 시간적 순서에 따른 갑상선호르몬 수용체의 역동학적 모델을 처음으로 제시하였다는 점에서 의의가 있을 것으로 생각된다.
Background: The regulation of gene transcription can be controlled by both positive (enhancer) and negative (silencer) regulatory sequences. Several enhancer and silencer elements have been described in the 5' region of the chicken lysozyme gene. The silencer located at -2.4 kb upstream of the chicken lysozyme gene is composed of two separate modules (Fl and F2) that can function as silencers by themselves, but also show synergistic repression after multimerization. The F1 module is bound by a protein termed NePl and F2 module, a F2 thyroid hormone response element (F2-TRE), and can be bound by the thyroid hormone receptor (TR). F2-TRE has an inverted palindromic structure, with high affinity to TR. Although many current reported results have tried to explain the regulatory mechanism of chicken lysozyme gene expression due to the thyroid hormone, there have been few studies that clarify the TR dynamics in the F2-TRE of the chicken lysozyme gene, either with or without exposure of the thyroid hormone. Here, the changes in the TR binding patterns in the F2-TRE of the chicken lysozyme gene are described, both before and after T₃ stimulation over time.
Methods: Using the stably transfected rat pituitary somatotroph tumor cell line, GC8 cells, with the F2-TRE inserted 5' to the thymidine kinase (TIC) promoter, together with a mouse TRα - expressing plasmid, a chromatin immunoprecipitation (ChIP) technique was employed to reveal the TR-TRE interaction before and after T₃ stimulation. Following the cross-linking and sonication of the cells, the immunoprecipitation was performed overnight, at 4℃, with TRαl, TRβl and TRβ2 antibodies, respectively. The binding patterns and amounts of TRαl, TRβ1 and TRβ2 to the F2-TRE, before and after 12 hours of 100nM T₃ stimulation, were analyzed using conventional and quantitative real-time polymerase chain reactions (RQ-PCR). The ChIP technique was used to give a basal value for 20 minutes and 1, 2, 4, 6, 8 and 12 hours after the 100nM T₃ stimulation, and RQ-PCR was then performed. Western blot with TRαl, TRβl and TRβ2 antibodies were also performed.
Results: After 12 hours of 100 nM T₃ stimulation of the GC8 cells, the TRα1 and TRβ2 binding to the F2-TRE increased, but the TRβ1 binding to the F2-TRE decreased, by conventional PCR. Although all the TR isoforms were bound to the F2-TRE by RQ-PCR, the TRαl binding to the F2-TRE, after 12 hours of l00nM T₃ stimulation, was significantly increased (1.01→2.73, Δ =+170.3%, p<0.05), but the change in the amount of TW2 binding was not significant (2.53→2.98, Δ=+17.8%). The TRβl binding was significantly decreased compared with that of the basal level (4.59→2.06, Δ=-55.1%, p<0.05). The total TR bindings to the F2-TRE had a tendency to decrease after 12 hours of 100 nM T₃ stimulation (8.13→7.77, Δ=-4.4%). The binding patterns and amounts of TRαl, Tβl and Tβ2, both before and after the 100 nM T₃ stimulation, were also identified over time. While the TRβl bindings to the F2-TRE after 1 hour of l00nM T₃ stimulation were acutely reduced, those of the TRαl at 20 minutes and 6 hours were increased. The TRβ2 bindings showed a maximal increase at 20 minutes. The directions of the TR binding patterns, between the before and after 2 hours of 100nM T₃ stimulation, were identical to those for between 4 and 6 hours of T₃ stimulation. There was no significant difference in the TR bindings to the F2-TRE in relation to the amounts (1.5 vs. 4.5μ I) of TR antibodies used during the ChIP assays. The Western blots showed no significant change of the levels of each TR isoform proteins, either before or after 12 hours of exposure to 100nM T₃.
Conclusion: These results show the dynamic binding patterns of the TR isoforms to the F2-TRE of the chicken lysozyme gene, both before and after T₃ stimulation, over time. Further investigation, however, will be needed to clarify the mechanisms of our observations. The ChIP technique may then be used to reveal the dynamic models of the cofactors, as well as TR isoforms, in the TR-regulated transcription machinery (J Kor SOC Endocrinol 18:379-391, 2003).
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