Abstract

Background : The importance of pro-inflammatory cytokines, especially tumor necrosis factor $\alpha$ (INF-$\alpha$) and interleukin-1$\beta$ (IL-1$\beta$), have been extensively documented in the generation of inflammatory lung disease. Lung epithelial cells are also actively involved in initiating and maintaining inflammation by producing pro-inflammatory mediators. Understanding the mechanism of pro-inflammatory cytokine expression in lung epithelial cells is crucial to the development of new therapeutic modalities for inflammatory lung disease. Transcription of most pro-inflammatory cytokines is dependent on the activation of NF-${\kappa}B$. However, the relationship between pro-inflammatory cytokine expression and NF-${\kappa}B/I{\kappa}B$ pathway in lung epithelial cells is not clear. Methods : BEAS-2B, A549, Na-H157, NCI-H719 cells were stimulated with IL-$1{\beta}$ or TNF-$\alpha$ at various times, and then IL-8 and TNF-$\alpha$mRNA expressions were assayed by Northern blot analysis. IL-$1{\beta}$ or TNF-$\alpha$-induced NF-${\kappa}B$ activation was assessed by the nuclear translocation of p65 NF-${\kappa}B$ subunit. The degradation of $I{\kappa}B{\alpha}$ and $I{\kappa}B{\beta}$ by IL-$1{\beta}$ or TNF-$\alpha$stimulation was assayed by Western blot analysis. The phosphorylation of $I{\kappa}B{\alpha}$ was evaluated by Western blot analysis after pre-treating cells with proteasome inhibitor followed by IL-$1{\beta}$ or TNF-$\alpha$ stimulation. The basal level of IKK $\alpha$ expression was evaluated by Western blot analysis. Results: $I{\kappa}B{\alpha}$ and $I{\kappa}B{\alpha}$ was rapidly degraded after 5 minutes of incubation with IL-$1{\beta}$ or TNF-$\alpha$ in BEAS-2B, A549, and NCI-H157 cells. The activation of NF-${\kappa}B{\alpha}$ and the induction of IL-8 and TNF-$\alpha$ mRNA expression were observed by IL-$1{\beta}$ or TNF-$\alpha$ stimulation in these cells. In contrast, neither the changes in NF-${\kappa}B/I{\kappa}B$ pathway nor IL-8 and TNF-$\alpha$mRNA expression was induced by IL-$1{\beta}$ or TNF-$\alpha$ stimulation in NCI-H719 cells. IL-$1{\beta}$ and TNF-$\alpha$-induced $I{\kappa}B$ phosphorylation was observed in BEAS-2B, A549, and NCI-H157 cells, but not in NCI-H719 cells. The basal level of IKK$\alpha$ expression was not different between cell. Conclusion : NF-${\kappa}B/I{\kappa}B$ pathway plays an important role in the expression of pro-inflammatory cytokine in most lung epithelial cells. The absence of the effect on NF-${\kappa}B/I{\kappa}B$ pathway in NCI-H719 cells sæms to be due to the defect in the intracellular signal transduction pathway upstream to IKK.

연구배경 : 염증매개 사이토카인은 염증성 폐질환의 중요한 매개물질이다. 폐 상피세포는 염증세포에서 분비되는 사이토카인에 의해 interleukin, chemokines, colony stimulating factors와 growth factor등을 생산 및 분비함으로써 국소 염증 부위에서의 사이토카인 network에 중요한 역할을 한다. 따라서 폐 상피세포에서 염증매개 사이토카인의 발현 기전에 대한 이해는 염증성 폐질환의 기전규명과 이에 기초한 새로운 치료법의 개발에 생각된다. 대부분의 사이토카인은 NF-${\kappa}B$전사인자에 의해 발현되는데 폐 상피세포에서 염증매개 사이토키인의 발현과 NF-${\kappa}B/I{\kappa}B$ 경로와의 관련성에 관한 연구는 부족한 실정이다. 방법 : BEAS-2B, A549, NCI-H157, NCI-H719 세포에서 IL-1$\beta$와 TNF-$\alpha$ 자극에 의한 IL-8과 TNF-$\alpha$ mRNA의 발현 양상을 평가하였고 이들의 발현과 관찰하였고 NF-${\kappa}B/I{\kappa}B$ 경로와의 관련성을 평가하기 위하여 IL-l$\beta$와 TNF-$\alpha$ 자극에 의한 NF-${\kappa}B$의 활성화 및 $I{\kappa}B{\alpha}$와 $I{\kappa}B{\beta}$의 분해 양상을 관찰하였다. 폐 상피세포의 종류에 따른 NF-${\kappa}B/I{\kappa}B$ 경로 조절의 기전을 규명하고자 IL-1$\beta$와 TNF-$\alpha$ 자극에 의한 $I{\kappa}B{\alpha}$의 인산화와 기저상태에서 IKK$\alpha$의 발현을 평가하였다. 결과 : BEAS-2B, A549, NCI-H157 세포에서는 IL-1$\beta$와 TNF-$\alpha$ 자극으로 $I{\kappa}B{\alpha}$와 $I{\kappa}B{\beta}$가 분해되었고 NF-${\kappa}B$의 활성화가 관찰되었으며 IL-8과 TNF-$\alpha$mRNA의 발현이 유도되었다. NCI-H719 세포에서는 IL-1$\beta$와 TNF-$\alpha$ 자극으로 $I{\kappa}B$ 분해에 의한 NF-${\kappa}B$의 활성화 및 염증매개 사이토카인의 발현이 관찰되지 않았다. BEAS-2B, A549, NCI-H157 세포에서는 IL-1$\beta$와 TNF-$\alpha$ 자극으로 ${\kappa}B$의 인산화가 관찰되었지만 NCI-H719 세포에서는 관찰되지 않았다. 기저상태의 IKK$\alpha$ 발현은 세포간에 차이가 관찰되지 않았다. 결론 : 폐 상피세포에서 NF-${\kappa}B/I{\kappa}B$ 경로는 염증매개 사이토카인 발현에 매우 중요한 역할을 하고, 일부 세포에서는 NF-${\kappa}B/I{\kappa}B$ 경로 조절의 차이를 보이는데 이는 IKK보다 상위 단계의 세포내 신호전달체계의 이상에 기인한 것으로 생각된다.

Keywords

• NF-${\kappa}B$;
• ${\kappa}B/I{\kappa}B$ Lung epithelial cells;
• Pro-inflammatory cytokine