Molecular Events of Insulin Action Occur at Lipid Raft/Caveolae in Adipocytes

배순식,윤성지,김은경,김치대,최장현,서판길,Bae, Sun-Sik,Yun, Sung-Ji,Kim, Eun-Kyung,Kim, Chi-Dae,Choi, Jang-Hyun,Suh, Pann-Ghill Korean Society of Life Science 2007 생명과학회지 Vol.17 No.1

인슐린은 지방세포 또는 근육세포에서 포도당 흡수 조절 통로단백질이 함유되어 있는 소포제를 세포막으로의 이동을 촉진시킨다. 우리는 여기서 지방세포로의 분화는 인슐린에 의한 포도당 흡수에 대한 반응이 증가됨을 보였다. 반면에 지방세포로의 분화는 PDGF에 의한 포도당 흡수 반응이 감소됨을 보였다. 인슐린 수용체나 caveolae는 지방세포로의 분화과정 동안 발현이 증가된다. 또한 지방세포로의 분화는 인슐린에 의한 Akt의 활성을 증가시켰다. 하지만 PDGF에 의한 Akt의 활성은 크게 감소하였다. 하지만 인슐린은 지방세포 또는 섬유아 전구세포에서 ERK의 활성을 유도하지 않았다. PDGF에 의한 ERK 활성 또한 지방세포로의 분화과정에 따라 감소하였다. P13K의 저해제인 LY294002는 지방세포 뿐만 아니라 섬유아 전구세포에서 인슐린에 의한 포도당 흡수를 저해하였다. 마지막으로 인슐린 수용체, Akt, SHIP2, p85등이 lipid raft/caveolae에 존재함을 확인하였고 인슐린에 의해 이런 단백질들이 lipid raft/caveolae로 이동함을 관찰하였다. 이런 결과를 토대로 lipid raft는 포도당 홉수를 위한 인슐린의 기능적 작용을 하는데 매우 중요한 환경을 제공함을 주장한다. Insulin stimulates the fusion of intracellular vesicles containing glucose transporter 4 (GLUT4) with plasma membrane in adipocytes and muscle cells. Here we show that adipocyte differentiation results in enhanced insulin sensitivity of glucose uptake. On the other hand, glucose uptake in response to platelet-derived growth factor (PDGF) stimulation was markedly reduced by adipocyte differentiation. Expression level of insulin receptor and caveolin-1 was dramatically increased during adipocyte differentiation. Adipocyte differentiation caused :ilightly enhanced activation of acutely transforming retrovirus AKT8 in rodent T cell lymphoma (Akt) by insulin stimulation. However, activation of Akt by PDGF stimulation was largely reduced. Activation of ERK was not detected in both fibroblasts and adipocytes after stimulation with insulin. PDGF-dependent activation of ERK was reduced by adipocyte differentiation. Insulin-dependent glucose uptake was abrogated by LY294002, a phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) inhibitor, in both fibroblasts and adipocytes. Also disassembly of caveolae structure by $methyl-\beta-cyclodextrin$ caused impairment of Akt activation and glucose uptake. Finally, insulin receptor, Akt, SH2-domain-containing inositol 5-phosphatase 2 (SHIP2), and regulatory subunit of PI3K are localized at lipid raft domain and the translocation was facilitated upon insulin stimulation. Given these results, we suggest that lipid raft provide proper site for insulin action for glucose uptake.

Direct tyrosine phosphorylation of Akt/PKB by epidermal growth factor receptor

배순식,최장현,윤성지,김은경,오용석,김치대,서판길,Bae, Sun-Sik,Choi, Jang-Hyun,Yun, Sung-Ji,Kim, Eun-Kyung,Oh, Yong-Suk,Kim, Chi-Dae,Suh, Pann-Ghill Korean Society of Life Science 2007 생명과학회지 Vol.17 No.2

Akt/PKB는 세포의 증식, 분화, 사멸, 혈관신생 등 매우 많은 생리활성 조절에 있어 매우 중요한 역할을 수행한다. 우리는 Akt/PKB의 tyrosine잔기의 인산화가 $Thr^{\308}$ 인산화에 필수적임을 밝혔다. COS-7 세포주에 EGF를 처 리하면 Akt/PKB의 tyrosine 잔기에 인산화가 촉진되었으며 이러한 인산화 촉진은 Akt/PKB에 myristoylation site를 이용해 세포막으로 이동시키면 더욱 더 증가하였다. 특히, 분리된 Akt/PKB와 EGF 수용체를 이용해 인산화 반응을 실시하면 tyrosine잔기의 인산화뿐만 아니라 $Ser^{\473}$에 대한 인산화도 증가하였다. 더욱이 tyrosine잔기에 인산화 된 Akt/PKB는 활성화된 EGF 수용체와 직접적인 결합을 이루고 있음을 확인하였다. 마지막으로 예측되는 tyrosine 잔기인 $(Tyr^{\326})$을 Alanine으로 치환하면 정상 Akt/PKB뿐만 아니라 활성화된 Akt/PKB의 EGF에 의한 $Thr^{\308}$ 인산화가 사라짐을 확인하였다. 이러한 결과들을 바탕으로 EGF 수용체에 의한 직접적인 Akt/PKB의 tyrosine 인산화는 EGF에 의한 많은 생리활성 조절기전의 또 다른 기전이라 볼 수 있다. Akt/PKB plays pivotal roles in many physiological responses such as proliferation, differentiation, apoptosis, and angiogenesis. Here we show that tyrosine phosphorylation of Akt/PKB is essential for the subsequent phosphorylation at $Thr^{\308}$. Tyrosine phosphorylation of Akt/PKB was induced by stimulation of COS-7 cells with epidermal growth factor receptor (EGF) and its phosphorylation was significantly enhanced by constitutive targeting of Akt/PKB to the plasma membrane by myristoylation. Interestingly, incubation of affinity purified Myc-tagged Akt/PKB with purified EGF receptor resulted in tyrosine phosphorylation as well as $Ser^{\473}$ phosphorylation of Akt/PKB. In addition, tyrosine-phosphorylated Akt/PKB could directly associate with activated EGF receptor in vitro. Finally, alanine mutation at putative tyrosine phosphorylation site $(Tyr^{\326})$ abolished EGF induced $Thr^{\308}$ phosphorylation of wild type as well as constitutively active form of Akt/PKB. Given these results we suggest here that direct tyrosine phosphorylation of Akt/PKB by EGF receptor could be another mechanism of EGF-induced control of many physiological responses.

Regulation of Skeletal Muscle Differentiation by Akt

Dae Han Woo(우대한),Sung Ji Yun(윤성지),Eun Kyoung Kim(김은경),Jung Min Ha(하정민),Hwa Kyoung Shin(신화경),Sun Sik Bae(배순식) 한국생명과학회 2012 생명과학회지 Vol.22 No.4

Akt는 다양한 세포에서 성장, 발달, 증식, 분화와 같은 생리적 활성에 중요한 역할을 하고 골격근 세포에서 Akt는 재생 및 비대와 위축을 조절한다고 알려져 있다. 골격근 세포의 분화에 있어서 Akt의 역할을 밝히고자 본 연구를 수행하였다. 골격근 세포를 분화 시키기 위해 고밀도 및 저농도의 serum 상태에서 배양하며, 분화된 C2C12 근아세포는 둥근 모양에서 다핵을 가진 긴 모양으로 바뀐다. 이러한 형태학적 변화는 분화 시킨 후 2일부터 일어났다. 또한, 골격근 분화 표지인자인 myogenin D와 myogenin G의 발현은 2일 후 관찰되었다. C2C12세포주에 Akt1 또는 Akt2의 발현을 저하시키면 이와 더불어 골격근으로의 분화도 저해됨을 확인하였고, 이와는 반대로 Akt1 또는 Akt2를 과발현 시키면 골격근으로 분화가 촉진됨을 알 수 있었다. 이와 더불어 Akt의 활성은 분화유도 2일 후부터 관찰되었고 7일 이후로는 감소하였다. Kruppel-like factor 4의 발현은 6일부터 증가하는 것이 관찰이 되었다. Kruppel-like factor 4의 발현 또한 Akt1 또는 Akt2의 발현양이 감소된 C2C12 근아세포에서 줄어들어 있는 것을 확인하였다. 또한 Kruppel-like factor 4의 프로모터 부위에 대한 전사조절능력이 Akt1 또는 Akt2의 발현을 저하시켰을 때 같이 떨어짐을 확인하였다. 이러한 결과들로 보아 Akt가 골격근 분화를 조절하는데 있어 중요하며, Kruppel-like factor 4 발현이 이를 조절하는 데 있어 중요한 역할을 할 것이라 판단된다. Akt plays an important role in a variety of cellular physiologies such as growth, proliferation, and differentiation. In skeletal muscle, Akt has been implicated in regulating regeneration, hypertrophy, and atrophy. In this study, the role of Akt has been examined during skeletal muscle differentiation. Culturing C2C12 myoblasts under low serum (1% horse serum) and high density converted cell morphology from a round shape to an elongated and multi-nucleated shape. Morphological changes were initiated from day 2 of differentiation. In addition, the expression of both myogenin G and myogenin D was elevated from day 2 of differentiation. Skeletal muscle differentiation was abolished by silencing Akt1 or Akt2, but was significantly enhanced by the over-expression of either Akt1 or Akt2. The activation of Akt was observed from day 2 of differentiation and disappeared after day 7. The expression of kruppel-like factor 4 was observed from day 6 of differentiation. Moreover, this expression was blocked in cells silencing either Akt1 or Akt2. In addition, the promoter activity of kruppel-like factor 4 was significantly reduced in cells silencing Akt1 or Akt2. These results suggest that Akt regulates skeletal muscle differentiation through the regulation of kruppel-like factor 4 expression.

Inhibition of Cancer Cell Migration by Compounds from Garlic Extracts

Eun Kyoung Kim(김은경),Sung Ji Yun(윤성지),Jung Min Ha(하정민),In Hye Jin(진인혜),Young Whan Kim(김영환),Sun Gun Kim(김선근),Da Jung Park(박다정),Young Whan Choi(최영환),Sik Yun(윤식),Chi Dae Kim(김치대),Sun Sik Bae(배순식) 한국생명과학회 2011 생명과학회지 Vol.21 No.6

세포의 이동은 많은 생리적 반응뿐만 아니라 암 세포 침윤과 전이에 중요한 역할을 수행한다. 본 연구에서는 마늘이 암세포의 이동에 미치는 영향을 확인하기 위해, 표준 마늘과 흑마늘을 준비하고 이들을 각각 물을 이용하여 추출하거나 건조하여 추출한 추출물 4 종류를 이용하여 항침윤성과 항전이성에 대해 조사하였다. 실험결과, 암세포의 이동은 건조 후 헥산으로 추출한 분획에 암세포의 이동 억제 활성이 관찰되었다. 이 분획을 박막 크로마토그래피를 이용하여 분리정제하였으며, 이를 inhibitor of cancer metastasis from garlic #27 (ICMG-27)이라 명명하였다. ICMG-27 (6 ㎍/㎖)을 세포에 처리하였을 때, IGF-1에 의한 OVCAR-3와 NIH-3T3 세포의 이동을 억제함을 확인하였다. 그러나 ICMG-27은 mouse embryonic fibroblast (MEF) 세포에서 IGF-1에 의한 이동에는 영향을 주지 않았다. 이러한 ICMG-27은 OVCA-3, SKOV-3와 MDA-MB-231 세포와 같은 암세포에서 모두 IGF-1에 의한 이동을 억제함을 관찰하였다. 마지막으로 세포이동을 일으키는 인자에 따른 ICMG-27의 영향을 확인한 것으로, IGF-1, lysophosphatidic acid (LPA), sphingosine-1-phosphate (S1P), leukotriene B4 (LTB4) 그리고, angiotensin Ⅱ (AngⅡ)에 의한 OVCAR-3 세포의 이동을 모두 억제하였다. 이러한 결과를 바탕으로, ICMG-27은 암세포의 이동을 유도하는 많은 인자들에 의한 필수적인 단계를 차단함으로써, 암세포의 이동을 억제하는 것을 확인 할 수 있었으며, ICMG-27에 의한 암세포의 항 침윤 메커니즘의 규명은 암환자의 치료에 기초적인 발판을 제공할 것입니다. Cell migration plays a fundamental role in cancer cell invasion and metastasis as well as in many physiological responses. Here, we screened four different sources of garlic - water extract of normal and black garlic, as well as dried normal and black garlic - for the identification of anti-invasive and anti-metastatic activity on cancer cells. Inhibition of cancer cell migration was observed in the hexane extract of dried-garlic. Inhibitory activity was further purified to near homogeneity by thin layer chromatography and named inhibitor of cancer metastasis from garlic #27 (ICMG-27). ICMG-27 completely blocked insulin-like growth factor-1 (IGF-1)-induced OVCAR-3 cell migration at 6 ㎍/㎖. ICMG-27 completely blocked IGF-1-induced OVCAR-3 and NIH-3T3 cell migration whereas IGF-1-induced mouse embryonic fibroblast (MEF) cell migration was not affected byICMG-27. ICMG-27 inhibited all the tested IGF-1-induced cancer cell migration such as OVCAR-3, SKOV-3, and MDA-MB-231 cells. Finally, ICMG-27 could inhibit IGF-1-, lysophosphatidic acid (LPA)-, sphingosine-1-phosphate (S1P)-, leukotriene B4 (LTB4)-, and angiotensin Ⅱ (AngⅡ)-induced OVCAR-3 cell migration. These results indicate that ICMG-27 inhibits cancer cell migration by blocking essential steps in many agonists-induced cancer cell migrations. Unveiling an anti-invasive mechanism of ICMG-27 on cancer cells will provide a basis for cancer therapy.

Reactive Oxygen Species Mediates Lysophosphatidic Acid-induced Migration of SKOV-3 Ovarian Cancer Cells

Eun Kyoung Kim(김은경),Hye Sun Lee(이혜선),Hong Koo Ha(하홍구),Sung Ji Yun(윤성지),Jung Min Ha(하정민),Young Whan Kim(김영환),In Hye Jin(진인혜),Hwa Kyoung Shin(신화경),Sun Sik Bae(배순식) 한국생명과학회 2012 생명과학회지 Vol.22 No.12

세포의 이동은 성장, 면역 작용, 그리고 혈관 신생 등 많은 생리현상에 중요한 역할을 한다. 또한 염증 및 종양세포 침윤 등의 다양한 병리적 현상과도 밀접한 연관이 있다. 본 연구에서는 lysophosphatidic acid (LPA)는 활성산소의 생성을 통해 SKOV-3 난소암세포의 이동을 조절한다는 것을 관찰하였다. 먼저, 난소 암세포인 SKOV-3에서 LPA에 의한 세포의 이동이 강하게 일어남을 확인하였다. LPA에 의한 SKOV-3 세포의 이동은 phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)/Akt 신호전달체계를 저해시키는 약물에 의해서 완벽히 억제됨을 확인하였으나 ERK 신호전달체계를 저해시키는 약물에 의해서는 전혀 영향을 받지 않았다. 그리고 SKOV-3 세포에서 LPA에 의한 활성산소 형성이 시간에 따라 강하게 일어남을 확인하였다. 더욱이 LPA에 의한 활성산소 형성도 PI3K 또는 Akt의 저해제에 의해서 완벽히 억제됨을 확인하였으나 ERK 신호전달을 억제하였을 때는 거의 영향을 받지 않았다. SKOV-3 세포에서 LPA에 의해 생성된 활성산소는 diphenylene idonium (DPI, 10 μM), apocyanin (Apo, 10 μM)과 같은 NADPH oxidase 억제제를 전 처리하였을 때 활성산소가 형성되지 못함을 관찰하였다. 그러나 xanthine oxidase (allopurinol, Allo, 10 μM), cyclooxygenase (indomethacin, Indo, 10 μM), 또는 mitochondrial respiratory chain complex I (rotenone, Rot, 10 μM)를 억제하였을 때는 LPA에 의한 활성산소 형성에 영향을 주지 못함을 확인하였다. 마지막으로 활성산소 억제제인 N-acetylcysteine (NAC, 10 μM)에 의해서 LPA에 의한 암세포의 이동이 억제됨을 관찰하였다. 이와 더불어 LPA에 의한 SKOV-3 세포의 이동도 NADPH oxidase 억제에 의해 저해가 됨을 확인하였다. 이러한 연구결과로 보아 LPA에 의한 활성산소의 형성에는 3K/Akt/NADPH oxidase 신호전달체계가 중추적인 역할을 하며 이를 통해 암세포의 이동을 조절한다는 것을 알 수 있었다. Cell motility plays an essential role in many physiological responses, such as development, immune reaction, and angiogenesis. In the present study, we showed that lysophosphatidic acid (LPA) modulates cancer cell migration by regulation of generation of reactive oxygen species (ROS). Stimulation of SKOV-3 ovarian cancer cells with LPA strongly promoted migration. but this migration was completely blocked by pharmacological inhibition of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)/Akt signaling pathway. Inhibition of the ERK pathway had no effect on migration. Stimulation of SKOV-3 ovarian cancer cells with LPA significantly induced the generation of ROS in a time-dependent manner. LPA-induced generation of ROS was significantly blocked by pharmacological inhibition of PI3K or Akt, but inhibition of the ERK signaling pathway had little effect. LPA-induced generation of ROS was blocked by pretreatment of SKOV-3 ovarian cancer cells with an NADPH oxidase inhibitor, whereas inhibition of xanthine oxidase, cyclooxygenase, or mitochondrial respiratory chain complex I had no effect. Scavenging of ROS by N-acetylcysteine completely blocked LPA-induced migration of SKOV-3 ovarian cancer cells. Inhibition of NADPH oxidase blocked LPA-induced migration whereas inhibition of xanthine oxidase, cyclooxygenase, or mitochondrial respiratory chain complex I did not affect LPA-induced migration of SKOV-3 ovarian cancer cells. Given these results, we suggest that LPA induces ROS generation through the PI3K/Akt/NADPH oxidase signaling axis, thereby regulating cancer cell migration.