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ISSN : 1226-2587(Print)
ISSN : 2288-9507(Online)
Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea Vol.45 No.1 pp.57-67
DOI : http://dx.doi.org/10.15230/SCSK.2019.45.1.57

Role of Dual Oxidase 2 in Reactive Oxygen Species Production Induced by Airborne Particulate Matter PM10 in Human Epidermal Keratinocytes

Jin Kyung Seok,Min A Choi,Jae Won Ha,Yong Chool Boo
Department of Molecular Medicine, BK21PLUS KNU Biomedical Convergence Program for Creative Talent, Cell and Matrix Research Institute, School of Medicine, Kyungpook National University
주 저자 (e-mail: ycboo@knu.ac.kr
call: 053)420-4946

Abstract

Particulate matters with a diameter of < 10 μm (PM10) exert oxidative stress and inflammatory events in various organs. The purpose of this study was to examine the molecular mechanism of reactive oxygen species (ROS) production induced by PM10 in the human epidermal keratinocytes (HEKs). When cultured HEKs were exposed to PM10, ROS production was induced and it was inhibited by apocynin, an antioxidant. The mRNA expression of NADPH oxidase (NOX) family was analyzed in order to examine their role in PM10-induced ROS production. PM10 increased the mRNA expression of NOX1, NOX2, dual oxidase (DUOX) 1 and DUOX2. HEKs expressed DUOX1 and DUOX2 at higher levels compared to other NOXs. The mRNA expression of dual oxidase maturation factors, DUOXA1 and DUOXA2, was also increased by PM10. We examined whether these calcium-dependent enzymes, DUOX1 and DUOX2, mediate the PM10-induced ROS production. A selective intracellular calcium chelator, BAPTA-AM, attenuated ROS production induced by PM10 or calcium ionophore A23187. The small intereference RNA (siRNA)-mediated down-regulation of DUOX2, but not DUOX1, attenuated the ROS production induced by PM10. PM10 increased the expression of inflammatory cytokines such as interleukin (IL)-1β, IL-6, IL-8 and interferon (IFN)-γ. SiRNA-mediated down-regulation of DUOX2 suppressed the PM10-induced expression of IFN-γ but not other cytokines. This study suggests that DUOX2 plays a crucial role in ROS production and inflammatory response in PM10-exposed keratinocytes.

인간 표피 각질형성세포에서 대기 미립자 물질 PM10에 의해 유도되는 반응성 산소종의 생성에서 Dual oxidase 2의 역할

석진경,최민아,하재원,부용출
경북대학교 의과대학 분자의학교실, BK21플러스 KNU의생명융복합창의인재양성사업단, 세포기질연구소

초록

직경 10 μm 미만의 대기 미립자 물질(particulate matter, PM10)은 다양한 신체기관에서 산화 스트레 스와 염증반응을 유발한다. 본 연구의 목적은 인간 표피 각질형성세포(HEK)에서 PM10에 의해 유도되는 반응 성 산소종(ROS) 생성의 메커니즘을 알아보는 것이다. 배양된 HEK를 PM10에 노출시켰을 때 ROS가 증가하였으며, 이는 항산화제 apocynin에 의해 저해되었다. PM10에 의해 유도되는 ROS 생성에서 NADPH oxidase (NOX) family의 역할을 규명하기 위하여 이들의 mRNA 발현을 분석하였다. PM10은 NOX1, NOX2, dual oxidase (DUOX)1 및 DUOX2의 mRNA 발현을 증가시켰다. 다른 NOX들에 비교하여 DUOX1 및 DUOX2의 발현 수준이 높았으며, 이들 효소의 maturation factors, 즉 DUOXA1와 DUOXA2의 mRNA 발현도 PM10에 의하여 증가하였다. 칼슘 의존성 효소인 DUOX1과 DUOX2가 PM10에 의해 유도되는 ROS의 생성을 매개하는 지 조사하였다. 선택적인 세포내 칼슘 킬레이터인 BAPTA-AM은 PM10 및 칼슘 ionophore A23187에 유도된 ROS 생성을 감소시켰다. 작은 간섭 RNA (siRNA)에 의한 DUOX2의 하향 조절은 PM10에 의해 유도된 ROS의 생성을 감소시켰고 DUOX1 siRNA는 영향이 없었다. PM10은 interleukin (IL)-1β, IL-6, IL-8 및 interferon (IFN)-γ 등 사이토카인의 발현을 증가시켰다. siRNA에 의한 DUOX2의 하향 조절은 IFN-γ의 발현을 저해하였지만 다른 사이토카인의 발현은 저해하지 않았다. 본 연구는 PM10에 노출된 HEK의 ROS 생성 및 염증 반응에서 DUOX2가 중요한 역할을 함을 시사한다.

Figure

Table