The apoptotic function of N-alpha-tosyl-L-phenylalanyl chloromethyl ketone (TPCK) was investigated in cultured mammalian cells. TPCK induced apoptosis in Jurkat, which was not accompanied with DNA fragmentation. A treatment of TPCK resulted in the activation of JNK and p38 kinase pathway in a variety of cell lines, followed by a phosphorylation of its downstreatm targets. TPCK-induced apoptosis was shown to be p53-dependent in HCT116 p53-/- cells. Among caspase family tested, caspase-3 and caspase-7 were processed upon TPCK treatment in HCT116 p53+/+ cells, while no cleavage of caspases was observed in its p53 deficient counterpart. TPCK promoted dephosphorylation of p53 on serine residues at 6, 9, 46, 376 and 378 in parallel with the activation of p53 transcriptional activity in a promoter specific manner. TPCK also induced p53 condensation in nucleus which was due to an association with PML which is a key recruiter of nuclear structure called NB or POD. Cells expressing p53 mutant in which serine residues at 6, 9, 46, 376 and 378 were replaced by aspartic acid were resistant to TPCK-induced apoptosis. Transfection of this mutant p53 also interfered with transcriptional activation of p53, caspase cleavage, and colocalization of p53 with PML induced by TPCK, suggesting the requirement of dephosphorylation of p53 during these processes.
Serine protease chymotrypsin의 저해제로 알려진 N-alpha-tosyl-L-phenylalanyl chloromethyl ketone (TPCK)은 사용한 세포의 종류나 실험조건에 따라 세포에서 apoptosis를 일으키기도 하고, 다른 자극에 의해 유도된 apoptosis의 진행을 늦추기도 한다. 하나의 시약이 이렇게 반대되는 작용을 하는 이유는 세포주나 사용한 자극에 따라 apoptosis 과정에서 serine protease의 역할과 비중이 서로 다르고, TPCK가 protease의 저해제로써 뿐 아니라 단백질 내 sulfhydryl group을 alkylation시키는 활성을 통해 세포안의 많은 신호전달계에 영향을 미치기 때문인 것으로 추정한다. 본 연구에서는 JNK, p38과 같은 stress kinase의 활성과 p53을 통하여 TPCK가 세포의 죽음을 매개할 가능성에 대하여 조사하여 보았다.
TPCK의 처리는 다수의 세포주에서 JNK와 p38의 활성을 증가시켰으며, 이렇게 활성화된 stress kinase들은 하위 기질들을 인산화시켜 실제 그 역할을 수행함을 발견하였다. 또한 TPCK에 의한 stress kinase pathway의 활성화는 최소한 MAPK의 상위인 MKK 단계부터 시작되는 것이 확인되었다. 그러나 세포의 성장이나 분화를 담당하는 MAPK pathway에서 JNK, p38과 같은 위치에 있는 ERK의 활성은 TPCK에 영향받지 않았다.
TPCK가 일으키는 apoptosis에서 p53의 역할을 알아보고자 정상, 혹은 p53이 없는 HCT116 세포를 사용해 p53의 존재여부에 따른 TPCK에 대한 민감성을 조사해 본 결과, TPCK가 세포에서 죽음을 유도하기 위해선 p53이 필요한 것으로 나타났다. 또한 TPCK는 p53의 p21 promoter에 대한 전사능력을 선택적으로 증가시키는데 이 사실은 TPCK가 G1 arrest를 일으킨다는 보고와 일치하는 것이다. 한편, 같은 세포주를 사용하여 apoptosis에서 핵심역할을 하는 caspase들의 활성을 조사한 결과는 TPCK에 의한 caspase 활성화 역시 p53이 필요하다는 것을 나타낸다. 또 각 caspase에 대한 항체를 사용하여 caspase-3과 caspase-7이 TPCK 처리에 의해 활성화되는 것을 보였다.
JNK, p38이 p53의 인산화를 통해 세포주기 조절과 apoptosis에 기여한다는 기존의 보고에 의거, TPCK가 p53의 인산화 상태에 미치는 영향을 조사해 보았으나 오히려 p53의 인산화 정도가 TPCK 처리에 의해 낮아지는 현상을 발견하였다. 구체적으로 p53의 6, 9, 46, 376, 378번 serine 잔기들의 인산화가 TPCK 처리에 의해 방해받았으며, aspartic acid로의 치환을 통해 인산화된 상태를 흉내낸 p53의 도입은 TPCK에 의한 apoptosis, p53의 전사능력 증가, caspase-3과 caspase-7의 활성화를 방해함으로써 이들 serine 잔기들의 탈인산화가 TPCK가 일으키는 apoptosis에서 중요한 역할을 함을 보였다.
p53은 TPCK 처리에 의해 핵 안에서 응축을 일으키며 이것은 NB (nuclear bodies)라 불리는 핵내 구조물 형성에 핵심역할을 하는 PML (Promyelocytic leukemia protein)과의 결합때문이다. TPCK에 의해 탈인산화되는 serine 잔기들을 aspartic acid로 바꾼 돌연변이 p53은 TPCK 처리에 의한 PML과의 결합능력이 정상 p53에 비해 현저히 떨어져 PML과의 결합에 있어서도 serine 잔기들의 탈인산화가 중요함을 암시한다.
