The biochemical mechanism by which the human tumorous imaginal disc1S (hTid-1S) interferes with actin cytoskeleton organization in keratinocytes of human skin epidermis was investigated. We found that hTid-1, specifically hTid-1S, interacts with MK5, a p38-regulated/activated protein kinase, and inhibits the protein kinase activity of MK5 that phosphorylates heat shock protein HSP27 in cultured HeLa cells. Thus, hTid-1S expression inhibits the phosphorylation of HSP27 known to play important roles in F-actin polymerization and actin cytoskeleton organization. The interplay between MK5/HSP27 signaling and hTid-1S expression was supported by the inhibition of HSP27 phosphorylation and MK5 activity in HeLa cells in response to hypoxia during which hTid-1S expression was downregulated. We also found that overexpression of hTid-1S results in the inhibition of HSP27 phosphorylation, F-actin polymerization, and actin cytoskeleton organization in transduced HaCaT keratinocytes. This study further proposes that the loss of hTid-1S expression in the basal layer of skin epidermis correlates with the enhanced HSP27 phosphorylation, keratinocyte hyperproliferation, and excess actin cytoskeleton organization in lesional psoriatic skin.
MAPK(Mitogen Activated Protein Kinase)는 성장 인자를 인식하여 신호를 세포 안으로 전달하여 mitogen을 활성화시키는 serine-threonine kinase이다. 포유류 세포에서 진화적으로 관련이 있는 MAPK로는, c-Jun N-terminal protein kinase(JNK), extracellular signal-regulating kinase(ERK), 그리고 p38 MAPK이 알려져 있으며, 세포의 증식, 분화, 종양생성 및 세포이동과 같은 다양한 세포 반응에서 세포외 신호를 매개하는 중심 신호 전달 물질이다.
MK5(mitogen-activated protein kinase-activated protein kinase 5)는 MAPK-activated protein kinase subfamily(MAPKAPKs of MKs) 중 하나로 p38-regulated/activate kinase(PRAK)로 알려졌다. MK5는 471 아미노산으로 이루어진 단백질로서 사람의 모든 조직에서 발현이 확인되었다. MK5는 세포외 자극과 사이토카인에 의해 활성화 된다. MK5를 활성화시키는 단백질로는 p38, ERK3/4등이 알려져 있다. 활성화된 MK5는 small heat shock protein 27(HSP27)를 인산화시킨다. HSP27은 F-actin polymerization에 관여하는 것으로 알려져 있는데, 인산화되지 않은 HSP27은 F-actin capping protein으로 작용하여 actin filament 성장을 저해한다. 그러나 세포 외 자극에 의해 MK5가 활성화되면, HSP27이 인산화되어 F-actin의 중합화가 일어난다. 이로 인해 HSP27의 인산화에 따라 세포의 모양과 세포의 motility가 변화하게 된다.
hTid-1 단백질은 Drosophila tumor suppressor Tid56 encoded by the lethal(2)tumorous imaginal discs, 또는 l(2)tid의 사람 상동 단백질이다. hTid-1 단백질은 DnaJ family에 속하며, 진화적으로 잘 보존되어 있는 J도메인을 가지고 있다. hTid-1유전자는 alternative splicing에 의해 hTid-1L과 hTid-1S, 두종류의 단백질을 만들어내며 대부분 미토콘드리아 기질에 위치하고 있다. hTid-1L은 apoptosis를 증가시키는 반면 hTid-1S는 apoptosis를 감소시키는 역할로 서로 반대 되는 기능을 한다고 처음 알려졌지만 아직 기능에 대한 통일된 이론이 정립되지 못했다.
본 연구에서는 MK5 단백질을 사용하여, yeast two-hybrid를 수행하였고, 여러 가지 후보 단백질들 중 hTid-1에 관한 연구를 수행하였다. Yeast two-hybrid를 통하여 발견한 MK5와 hTid-1S의 결합 가능성을 세포 내에서 면역침강법으로 확인하였다. 과발현된 hTid-1S이 MK5의 기질인 HSP27 인산화를 억제시켰고, hTid-1 shRNA를 통해 hTid-1을 knockdown 시키면 HSP27의 인산화가 증가하는 것을 확인하였다. HSP27 인산화 저해로 인해 F-액틴 중합 반응이 감소하였고, 이로 인해 세포이동이 감소하는 것을 확인하였다. 저산소상태에서는 hTid-1의 발현이 저해되는데 이 때 hTid-1 과발현을 시키면 MK5 키나아테 활성을 억제시키는 것을 in vitro kinase assay를 통해 확인하였다. hTid-1의 발현을 피부조직에서 확인해 본 결과 정상조직에서는 basal layer에서 발현이 되지만 건선환자 조직에서는 발현이 되지 않는 것을 확인하였다. 정상조직에서 HSP27의 인산화는 hTid-1이 발현되지 않는 granular layer에서 확인되었으며, 건선환자 조직에서는 전체적으로 염색되는 것을 확인하였다. 본 논문은 건선조직에서 hTid-1이 actin cytoskeleton organization에 미치는 영향에 대한 새로운 이해를 제공 할 것이다.
