Matrix Metalloproteinases (MMPs) are crucial enzymes for ultraviolet irradiation-induced photoageing in human skin, and are considered to have a critical role in dermal component degradation including collagen degradation. Ultraviolet B (UVB) stimulates dermal fibroblasts to increase MMP-1 and -3 expression and extracellular matrix degradation in photoageing. While epidermal growth factor receptor (EGFR)/mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway has been accepted as a major regulation pathway for MMP-1 and -3 induction upon UVB irradiation, it was newly investigated whether phosphatase and tensin homolog (PTEN)/Akt pathway is involved in secretions of MMP-1 and -3 in human dermal fibroblasts, as a downstream target of casein kinase 2 (CK2). The increase in MMP-1 and -3 expression and secretion occurred along with the increase in PTEN and Akt phosphorylation by UVB irradiation in a dose and time-dependent manner. However, treatment with a CK2 inhibitor, 5,6-dichloro-1-β-D-ribofuranosyl-benzimidazole, inhibited their phosphorylations and MMP-1 and -3 secretions. Transfection of wildtype PTEN (Wt-PTEN) decreased basal and UVB-induced MMP-1 and -3 secretions, as well as activator protein-1 (AP-1) activity, while transfection of small interference RNA of PTEN (siRNA-PTEN), phosphatase-inactive PTEN (C124S-PTEN), or lipid phosphatase-inactive PTEN (G129E-PTEN) increased basal or UVB-induced MMP-1 and -3 secretions and AP-1 activity. Transfection of constitutively-active Akt (Myr-Akt) also increased basal or UVB-induced MMP-1 and -3 secretions, as well as AP-1 activity. However, transfection of kinase-inactive Akt (K179M-Akt) decreased their secretions, but showed no significant change of AP-1 activity without UVB irradiation, and a significant increase of AP-1 activity with UVB irradiation. Treatment with the phosphatidylinositol 3-kinase inhibitors, LY294002 or wortmannin, downregulated basal and UVB-induced MMP-1 and -3 secretions. In conclusion, UVB irradiation increases PTEN and Akt phosphorylation in human dermal fibroblasts, and these inhibition of PTEN and activation of Akt by phosphorylation are involved in UVB-induced MMP-1 and -3 secretions partly through upregulation of AP-1 activity. This MMP regulatory function of PTEN may give a possible explanation for the relation between decreased PTEN expression and increased MMP-1 expression in old and photoaged skin.
자외선에 의한 피부노화 과정에 있어서 Matrix Metalloproteinases (MMPs) 는 매우 핵심적인 역할을 하는 효소이다. 자외선을 조사한 피부에서는 MMP의 발현이 증가하게 되고, 그로인해 피부조직의 교원섬유(collagen)를 비롯한 구성성분들의 분해가 심화되며, 이는 궁극적으로 피부노화현상으로 이어진다. 본 연구에서는 자외선에 의해 피부조직에서 가장 많이 영향을 받는 MMP-1, 3의 증가 기작을 연구하기 위하여, 피부에서 분리한 섬유아세포 (human dermal fibroblast)를 이용하여 PTEN (phosphatase and tensin homolog on chromosome ten)을 경유하는 신호전달 체계를 조사하였다. 현재까지의 연구는 MAPK를 경유하는 신호전달 체계를 통해 전사인자 AP-1의 활성화를 거쳐 MMP의 발현이 증가되는 기작이 알려져 있으며, 본 연구에서는 기존에 알려져 있지 않은 PTEN을 경유하는 신호전달이 MMP의 발현에 관여하고 있음을 밝히고자 하였다. 본 연구에서는 우선 섬유아세포에 자외선(UVB)을 조사하였을때, PTEN과 Akt의 인산화가 이른 시간에 증가하게 되는 것을 발견하였다. 이는 PTEN의 upstream으로 알려져 있는 CK2의 억제제(5,6-dichloro-1-β-D-ribofuranosyl-benzimidazole)를 처리했을때 감소되는 것을 관찰하였고, 이때 기존의 문헌의 결과와 일치하게 CK2 억제제 처리시 MMP-1, 3의 양도 감소하는 것을 관찰하였다. 따라서 PTEN이 CK2를 통해 조절받으며, 그 활성이 자외선에 의한 MMP-1, 3의 발현증가 및 분비에 영향이 있는지를 규명하기 위하여 PTEN 및 downstream의 Akt의 mutant를 이용한 transfection 실험을 수행하였다. wildtype PTEN (Wt-PTEN) small interference RNA of PTEN (siRNA-PTEN), phosphatase- inactive PTEN (C124S-PTEN), lipid phosphatase- inactive PTEN (G129E-PTEN), constitutively-active Akt (Myr-Akt), kinase- inactive Akt (K179M-Akt) 를 이용해 조사해본 결과, PTEN의 활성은 MMP-1,3의 발현양을 감소시켰으며, Akt는 증가시키는 것으로 나타났다. 이는PTEN의 활성이 Akt의 활성을 감소시킨다는 각종 보고와 일치하는 경향을 보였다. 또한 Akt의 upstream인 PI3-K의 억제제인 LY294002, wortmannin을 처리하였을 때도, Akt의 phosphorylation의 감소와 더불어 MMP의 양도 감소하는 것으로 나타났다. 한편 이러한 PTEN와 Akt의 MMP의 발현을 조절하는 기작이 기존의 전사인자 AP-1과 관련이 있는지 reporter gene assay로 조사해본 결과, PTEN의 경우에는 AP-1을 조절함으로써 MMP의 조절에 관여하고 있는 것으로 나타났으나, Akt의 경우에는 AP-1에 관여하지만 조절결과가 MMP의 경향과 다른 것으로 보아, 보다 복잡한 다른 방식으로 조절되는 것으로 여겨진다. 종합하면, PTEN와 Akt는 MMP의 발현 조절에 관여하며, 자외선에 의한 MMP의 증가에도 관여한다. 이는 자외선에 의한 신호전달이 CK2/PTEN/Akt의 경로를 거칠것으로 생각되며, PTEN의 경우에는 AP-1을 조절하지만, Akt의 경우에는 AP-1 이외의 다른 주요경로가 있을 것으로 생각된다. 이는 자외선에 의한 피부노화과정의 이해에 있어 새로운 신호전달체계를 확립하여 보다 새롭고 다각적인 관점에서의 피부노화현상의 이해와 분석에 도움을 줄 것이며, 나아가 피부노화의 억제 및 치료에 있어서 개선 방향을 위한 기초적인 지식을 제공해 줄 수 있을 것이다. 또 이러한 PTEN의 MMP 조절 기능은, 노화된 피부에 있어서의 PTEN의 발현양 감소와 MMP-1의 발현양 증가현상의 상호 인과관계를 설명할 수 있는 조절기작으로서,피부노화 과정에 있어서 PTEN의 조절이 중요하게 작용할 수 있음을 시사한다.
