Role of PI3K/Akt Pathway in the Activation of IκB/NF-κB Pathway in Lung Epithelial Cells

폐 상피세포에서 PI3K/Akt 경로가 IκB/NF-κB 경로의 활성화에 미치는 영향

Background : NF-${\kappa}B$ is a characteristic transcriptional factor which has been shown to regulate production of acute inflammatory mediators and to be involved in the pathogenesis of many inflammatory lung diseases. There has been some evidence that PI3K/Akt pathway could activate NF-${\kappa}B$ in human cell lines. However, the effect of PI3K/Akt pathway on the activation of NF-${\kappa}B$ varied depending on the cell lines used in the experiments. In this study we evaluated the effect of PI3K/Akt pathway on the activation of NF-${\kappa}B$ in human respiratory epithelial cell lines. Methods : BEAS-2B, A549 and NCI-H157 cell lines were used in this experiment. To evaluate the activation of Akt activation and I${\kappa}B$ degradation, cells were analysed by western blot assay using phospho-specific Akt Ab and $I{\kappa}B$ Ab. To block PI3K/Akt pathway, cells were pretreated with wortmannin or LY294002 and transfected with dominant negative Akt (DN-Akt). For IKK activity, immune complex kinase assay was performed. To evaluate the DNA binding affinity and transcriptional activity of NF-${\kappa}B$, electrophoretic mobility shift assay (EMSA) and luciferase assay were performed, respectively. Results : In BEAS-2B, A549 and NCI-H157 cell lines, Akt was activated by TNF-$\alpha$ and insulin. Activation of Akt by insulin did not induce $I{\kappa}B{\alpha}$ degradation. Blocking of PI3K/Akt pathway via wortmannin/LY294002 or DN-Akt did not inhibit TNF-$\alpha$-induced $I{\kappa}B{\alpha}$ degradation or IKK activation. Inhibition of PI3K/Akt did not affect TNF-$\alpha$-induced NF-${\kappa}B$ activation. Overexpression of DN-Akt did not block TNF-$\alpha$-induced transcriptional activation of NF-${\kappa}B$, but wortmannin enhanced TNF-$\alpha$-induced in NF-${\kappa}B$ transcriptional activity. Conclusion : PI3K/Akt was not involved in TNF-$\alpha$-induced $I{\kappa}B{\alpha}$ degradation or transcriptional activity of NF-${\kappa}B$ in human respiratory epithelial cell lines.

연구배경 : NF-${\kappa}B$는 많은 염증 유발성 물질들을 발현시키는데 필요한 전사 인자로서, 염증성 폐질환 발병에 관여한다는 사실이 확인되었다. 이러한 NF-${\kappa}B$의 활성화에는 여러 신호전달 체계가 관여한다는 사실이 밝혀지고 있으며 최근 PI3K/Akt 경로도 NF-${\kappa}B$ 활성화에 관여한다는 연구 결과가 보고되고 있으나, 실험 대상 세포주마다 활성화 기전이 다르고 호흡기 상피세포에 대한 결과도 알려져 있지 않아 호흡기 상피세포에서의 NF-${\kappa}B$ 활성화에 PI3K/Akt 경로가 관여하는지를 밝히기 위하여 본 연구를 시행하게 되었다. 방법 : 인체 기관지 상피세포주인 BEAS-2B와 폐암 세포주인 A549, NCI-H157을 사용하여 Akt 활성화와 $I{\kappa}B{\alpha}$ 분해 여부를 확인하기 위해 western blot을 시행하였다. Wortmannin, LY294002 및 DN-Akt를 이용하여 Akt 경로를 억제하였고, NF-${\kappa}B$ 활성화와 전사 활성을 측정하기 위하여 각각 EMSA와 luciferase assay를 시행하였다. 결과 : BEAS-2B, A549 및 NCI-H157 세포주에 TNF-$\alpha$ 및 insulin을 처리한 경우 Akt 활성화가 유도되었다. Insulin 으로 Akt 경로를 활성화시킨 경우 $I{\kappa}B{\alpha}$ 분해가 일어나지는 않았다. Wortmannin, LY294002 및 DN-Akt 를 이용하여 Akt 경로를 억제한 경우 TNF-$\alpha$에 의한 $I{\kappa}B{\alpha}$ 분해 및 IKK 활성화가 억제되지는 않았으며, NF-${\kappa}B$ 활성화도 억제되지 않았다. Wortmannin을 처리한 경우 TNF-$\alpha$에 의한 NF-${\kappa}B$ 전사 활성이 오히려 증가하는 양상을 보였으나, DN-Akt 이입시킨 경우에는 관찰되지 않았다. 결론 : 인체 호흡기 상피세포에서는 $I{\kappa}B$/NF-${\kappa}B$ 경로의 활성화는 PI3K/Akt 경로와 무관한 것으로 판단된다.