Excessive entry of zinc ions into the soma of neurons and glial cells results in extensive oxidative stress and necrosis of cortical cells, which underlies acute neuronal injury in cerebral ischemia and epileptic seizures. Hence, neuroprotective measures targeting zinc toxicity may prove useful in reducing acute brain injury.
In the present study, we show that angiopoietin-1 (Ang1), a potent angiogenic ligand for the receptor tyrosine kinase Tie2 and integrins, inhibits the entry of zinc into primary mouse neurons and astrocytes and exerts a substantial protective effect against zinc-induced neurotoxicity. Even though Ang1 did not chelate or buffer free zinc in and out of cortical cells, co-treatment of Ang1 during transient zinc exposure resulted in marked decrease in intracellular free zinc. The neuroprotective effect of Ang1 was mediated by the integrin/focal adhesion kinase (FAK) signaling axis, as evidenced by the blocking effects of a pan-integrin inhibitory RGD peptide and PF-573228, a specific chemical inhibitor of FAK. Notably, blockade of zinc-permeable ion channels by Ang1 was at-tributable to phospholipase C-mediated hydrolysis of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate. We also found evidence that Ang1 interferes with the activity of voltage-gated Ca2+ channel, NMDA channel, and TRPM channels to block neurotoxic zinc entry.
Collectively, these data reveal a novel role of Ang1 in regulating the activity of zinc-permeable ion channels, and thereby protecting cortical cells against zinc-induced neuro-toxicity.
아연은 신경세포의 후시냅스에 저장되어 있으며 신경세포 신호전달의 역할을 갖는다. 그러나 뇌졸중이나 간질성 발작과 같은 상황에서는 극심한 신경세포 자극으로 인해 아연이온이 대량으로 분비되며, 이로 인해 근처 신경세포와 아교세포 내부로 과다 유입된 아연 이온은 급성 산화성 스트레스를 유발하여 세포 사멸을 일으키는 원인이 된다. 따라서 아연 이온의 유입을 막는 기전을 밝혀내는 것은 뇌손상으로 인한 신경세포 사멸을 막는데 있어서 중요한 타겟이 된다.
Angiopoietin-1 (Ang1)은 Tie2와 integrin에 결합하는 혈관신생인자로써 최근에는 신경계에서 그 역할이 주목받고 있다. Ang1은 신경줄기세포의 분화를 유발하며 외부 자극에 대한 신경세포의 사멸을 막는 역할도 지니고 있다.
그리하여 본 연구에서는 Ang1의 처리가 대뇌피질 세포내로의 아연의 유입을 막을 수 있는지에 대해 확인해보았다. Ang1이 아연을 킬레이트하거나 신경세포내로 유입된 아연을 버퍼링하지 않았는데도 불구하고 Ang1의 처리는 아연 처리후 세포내 아연의 축적량을 현저히 감소시켰으며 세포사멸 역시 70%이상 막는 효과를 보였다. 이때 Ang1의 수용체인 integrin과 그 하위신호전달체계인 FAK가 관여한다는 사실을 integrin blocker인 RGD peptide와 FAK inhibitor인 PF-573228을 사용해 확인하였다. 또한 Ang1으로 인한 아연 투과성 이온채널의 저해가 phospholipase-C의 활성화를 통한 PIP2의 가수분해로 인해 이루어진다는 사실 또한 확인하였으며, 이때 아연 투과성 이온채널 중 NMDA, VGCC, TRPM 채널등이 Ang1으로 인해 저해된다는 증거 또한 확보하였다.
본 연구를 통해 Ang1이 integrin과 FAK, 그리고 PIP2를 아우르는 기전을 통해 대뇌피질 세포의 이온채널을 조절함으로써 세포독성을 지닌 아연의 유입을 막을 수 있다는 새로운 사실을 밝혀내었다.
