Effect of Protein Kinase C Inhibitor (PKCI) on Radiation Sensitivity and c-fos Transcription Activity

Protein Kinase C Inhibitor (PKCI)에 의한 방사선 민감도 변화와 c-fos Proto-oncogene의 전사 조절

Purpose : The human genetic disorder ataxia-telangiectasia (AT) is a multisystem disease characterized by extreme radiosensitivity. The recent identification of the gene mutated in AT, ATM, and the demonstration that it encodes a homologous domain of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K), the catalytic subunit of an enzyme involved in transmitting signals from the cell surface to the nucleus, provide support for a role of this gene in signal transduction. Although ionizing radiation was known to induce c-fos transcription, nothing is known about how ATM or PKCI mediated signal transduction pathway modulates the c-fos gene transcription and gene expression. Here we have studied the effect of PKCI on radiation sensitivity and c-fos transcription in normal and AT cells. Materials and Methods: Normal (LM217) and AT (AT5BIVA) cells were transfected with PKCI expression plasmid and the overexpression and integration of PKCI was evaluated by northern blotting and polymerase chain reaction, respectively. 5 Gy of radiation was exposed to LM and AT cells transfected with PKCI expression plasmid and cells were harvested 48 hours after radiation and investigated apoptosis with TUNEL method. The c-fos transcription activity was studied by performing CAT assay of reporter gene after transfection of c-fos CAT plasmid into AT and LM cells. Results: Our results demonstrate for the first time a role of PKCI on the radiation sensitivity and c-fos expression in LM and AT cells. PKCI increased radiation induced apoptosis in LM cells but reduced apoptosis in AT cells. The basal c-fos transcription activity is 70 times lower in AT cells than that in LM cells. The c-fos transcription activity was repressed by overexpression of PKCI in LM cells but not in AT cells. After induction of c-fos by Ras protein, overexpression of PKCI repressed c-fos transcription in LM cells but not in AT cells Conclusion: Overexpression of PKCI increased radiation sensitivity and repressed c-fos transcription in LM cells but not in AT cells. The results may be a. reason of increased radiation sensitivity of AT cells. PKCI may be involved in an ionizing radiation induced signal transduction pathway responsible for radiation sensitivity and c-fos transcription. The data also provided evidence for novel transcriptional difference between LM and AT cells.

목 적 : Ataxia-Telangiectasia (AT) 증은 여러 가지 유전적 결함을 갖는 질병으로 방사선 민감도가 비정상적으로 상승되어 있는 것이 특징이다 AT 환자에서 공통적으로 존재하는 ATM 유전자는 현재까지 방사선 신호전달에 관여하는 것으로 알려진 Pl-3 kinase와 유사한 구조임이 알려져 ATM이 방사선 신호전달경로에 중요한 작용을 할 것으로 추정하게 되었다. 본 연구에서는 AT 세포와 정상세포에 PKCI를 과발현 시킴으로써 방사선 신호전달에 관여하는 PKC를 억제하여 이것이 방사선 민감도에 미치는 영향을 관찰하고, 방사선에 의해 유도되는 early response gene인 c-fos transcription의 차이를 측정하여 ATM과 PKCI에 의한 신호전달이 c-fos 유전자 전사에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 대상 및 방법 : PKCI expression vector를 작제한 후 정상세포인 LM217과 AT세포인 AT5BIVA에 transfection 시킨 후 plasmid의 genomic DNA에 결합된 것은 polymerase chain reaction (PCR) 방법으로 확인하였고 PKCI의 mRNA 발현 여부는 northern blotting으로 확인하였다. 방사선 민감도는 아포토시스로 측정하였으며 PKCI가 과발현된 각 세포주에 5 Gy의 방사선을 조사한 후 48시간에 세포를 모아 TUNEL방법으로 아포토시스 세포의 수를 측정하였다. c-fos 유전자의 전사는 reporter 유전자로 c-fos CAT plsmid를 $\beta$-gal expression vector와 같이 각 세포주에 transfection 시키고 36시간이 지난 후 CAT assay를 하여 activity를 측정하고 동시에 $\beta$-gal assay를 시행하여 transfection 효율을 보정해 주었다. PKCI, Ras의 영향을 보기 위하여는 PKCI, Ras expression vector와 c-fos CAT plasmid를 cotransfection하고 CAT activity로 측정 하였다. 결 과 : 이 실험의 결과 LM과 AT 세포에서 PKCI가 방사선 민감도에 미치는 영향과 c-fos 전사에 미치는 영향을 처음으로 보여주었다. PKCI의 과발현이 LM 세포에서는 방사선 민감도를 증가시켰지만 AT세포에서는 오히려 약간 감소시키는 작용을 나타내었다. c-fos 전사는 AT 세포에서 LM 세포에 비하여 70배 낮게 나타났는데 PKCI가 과발현 됨으로써 LM 에서는 c-fos의 전사가 감소되었지만 AT 세포에서는 영향이 없었다. Ras 단백으로 c-fos를 유도시키고 여기에 PKCI 발현 백터를 contransfection 하면 LM세포에서는 induction 이 감소되었지만 AT 세포에서는 영향이 없었다. 즉 LM과 AT 세포에서의 PKCI에 의한 반응의 차이는 Ras와 관련된 signal transduction pathway라는 것을 알 수 있었다. 결 론 : PKCI는 정상세포에서는 방사선에 의한 세포 손상을 증가시키지만 AT 세포에서는 별 영향을 보이지 않는 것을 알 수 있었으며, 두 세포간의 이러한 차이는 c-fos proto-oncogene의 전사차이로 설명할 수 있겠다. 이러한 차이가 AT 세포의 방사선 민감도의 한 원인일 것으로 생각된다.