제1형 탈요오드효소 유전자 갑상선호르몬 반응요소에서 T₃자극에 따른 갑상선호르몬 수용체 역동학 모델 = Thyroid Hormone Receptor Dynamics in Thyroid Hormone Response Elements of the Human Type 1 Iodothyronine Deiodinase Gene

국문 초록 (Abstract)

연구배경: 제1형 탈요오드효소의 발현에 관여하는 hdiol 유전자는 5 flanking region 내 서로 다른 특성을 가진 두 종류의 갑상선호르몬 반응요소, 즉 TREI과 TRE2를 가지고 있음이 알려져 있다. 사람의 간암세포주인 HepG2 세포에서 T₃를 투여하였을 때 hdiol유전자의 전사작용이 급격하게 증가하는데 hdiol mRNA가 충분히 발현하기 위해서는 두 종류의 갑상선호르몬 반응요소가 모두 필요함이 보고 되어 있으나 T₃ 투여시 갑상선호르몬 반응요소와 결합하는 갑상선호르몬 수용체의 역동학에 대해서는 아직까지 연구된바 없다. 한편 현재까지 보고 된 연구 결과들은 갑상선호르몬 자극이 없더라도 갑상선호르몬 수용체와 갑상선호르몬 반응요소가 서로 지속적으로 상호작용 한다는 전제 조건을 바탕으로 하고 있는데 아직까지 이러한 가정은 간접적으로만 증명되어 있는 상태이다. 이에 저자들은 본 연구에서 사람의 간암세포주인 HepG2세포를 대상으로 염색체 면역침전법과 중합효소연쇄반응을 이용하여 갑상선호르몬 자극 전·후 hdiol 유전자의 갑상선호르몬 반응요소에 결합하는 갑상선호르몬 수용체의 결합양상 변화를 분석함과 동시에 갑상선호르몬 자극 전에도 갑상선호르몬 수용체와 갑상선호르몬 반응요소가 서로 결합된 상태로 존재함을 직접적으로 확인하고자 하였다.
방법: 사람의 간암세포주인 HepG2 세포를 대상으로 100 nM T₃를 투여하기 전과 투여한 후 12시간 뒤 TRα1, TR 1, TR 2 항체와 IREI, TRE2에 상보적인 시발체를 이용하여 염색체 면역침전법과 고식적 중합효소연쇄반응 및 정량적 중합효소연쇄반응을 시행하였다. 100nM T₃를 투여하기 전과 투여한 후 12시간 뒤 hdiol mRNA 발현량의 변화를 정량적으로 측정하기 위하여 역전사 중합효소연쇄반응을 시행하였다. 100 nM T₃를 투여하기 전과 투여한 후 12시간 뒤 TR4'1, TR 1, TR 2 단백질의 발현량을 알아보고자Western blot을 시행하였다.
결과: 100 nM T₃를 투여하기 전과 투여한 후 12시간 뒤 염색체 면역침전법과 TREI 시발체를 이용한 고식적 중합효소연쇄반응을 시행하였을 때 T₃ 투여 전후 TREI 부위에는 TRgl이 결합하였으며 T₃를 투여한 후 TRal 결합이 감소하였다. 정량적 중합효소연쇄반응으로 TR4'1 결합량을 측정하였을 때 T₃ 투여 전3.74에서 T₃ 투여 후 1.97로 감소하여 통계적으로 유의한 차이를 나타내었다(Δ=-47.3%, p<0.05). T₃ 투여 전 ·후 TRβl과 TRβ2의 결합은 관찰되지 않았다. 100 nM T₃를 투여하기 전과 투여한 후 12시간 뒤 염색체 면역침전법과 TRE2 시발체를 이용한 고식적 중합효소연쇄반응을 시god하였을 때 T₃ 투여 전ㆍ후 TRE2 부위에는 TRα1, TR 1, TR 2가 모두 결합하였으며 T₃를 투여한 후 TRα1과 TR 1의 결합은 감소하였으나 TR 2의 결합은 증가하였다. 정량적 중합효소연쇄반응으로 갑상선호르몬 수용체의 결합량을 측정하였을 때 TRαl은 T₃ 투여 전 10.41에서 T₃ 투여 후 3.01, TRβl은 T₃ 투여 전 12.56에서 T₃ 투여 후 2.93으로 유의하게 감소하였으며 TRβ2는 T₃ 투여 전 9.17에서 T₃ 투여 후 9.84로 증가하는 경향을 보였다(TRα1, Δ=-71.1%, p<0.05; TR 1, Δ=-76.7%, p<0.05; TR2, Δ=+7.3%). 정량적 중합효소연쇄반응으로 측정한 갑상선호르몬 수용체의 전체 결합량은 T₃ 투여 전 32.14에서 T₃ 투여 후 15.78로 감소하여 통계적으로 유의한 차이를 나타내었다(Δ=-50.9%, p.0.05). 갑상선호르몬 수용체 항체를 1.5μL와 4.5μL 첨가한 후TREI과 TRE2에 대하여 염색체 면역침전법 및 정량적 중합효소연쇄반응을 각각 시깡하였을 때 첨가한 갑상선호르몬 수용체 항체의 양에 따른 갑상선호르몬 수용체 결합량의 차이는 없었다. 100 nM T₃를 투여하기전과 투여란 후 12시간 뒤 역전사 중합효소연쇄반응 및 hdiol cDNA 시발체를 이용한 정량적 중합효소연쇄반응을 시행하였을 때 T₃를 투여한 후 hdiol mRNA발현량은 2.03배 증가하였다(p<0.001). 100 nM T₃를 투여하기 전과 투여한 후 12시간 뒤 Western blot을 시행하였을 때 갑상선호르몬 수용체 발현량은 유의한 차이가 없었다.
결론: 현재까지 갑상선호르몬 수용체의 역동학에 대한 연구가거의 이루어지지 않았던 실정을고려하여볼 때 본 연구는 제한적이나마 일정한 농도의 갑상선호르몬 자극 전 · 후 갑상선호르몬 수용체 결합양상의 변화, 특히 T₃ 자극 전 hdiol 유전자의 TREI 부위에서 TRal이 억제자 (silencer)로서 작용할 가능성 및 T₃자극 전 · 투 TRE2 부위에서 갑상선호르몬 수용체 교대현상을 처음으로 제시하였다는 점에서 의의가 있으며 향후 다른 종류의 세포주 및 체내에서 갑상선호르몬 자극 전 후 갑상선호르몬 수용체 결합양상의 변화 및 유전자 발현에 미치는 영향을 연구할 필요가 있으리라 생각된다. 한편 염색체 면역침전법을 통해 HepG2 세포에서 T₃ 자극이 없더라도 갑상선호르몬 수용체와 갑상선호르몬 반응요소 사이에 지속적인 상호작용이 존재할 뿐 아니라 갑상선호르몬 반응요소에 대한 갑상선호르몬 수용체의 결합이 교대로 이루어지고 있음을 직접적으로 확인할 수 있었으며 향후 T₃ 자극 전 · 후 갑상선호르몬 수용체를 통한 유전자 전사조절기전에 관여하는 전사인자와 역동학적 기전을 규명함에 있어서 염색체 면역침전법과 정량적 중합효소연쇄반응이 매우 유용하게 이용될 수 있을 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Background: Type 1 iodothyronine deiodinase (Dl), the product of the hdiol gene, is involved in thyroid hormone activation by the deiodination of thyroxine (T4) to form 3,5,3'-triiodothyronine (T3). Recent studies have identified two thyroid hormone response elements (TREs) in the 5 ' flanking region of the hdiol gene. TRE1, proximal to TRE in the hdiol gene, consists of a direct repeat of thyroid hormone receptor (TR) binding octamers with 10 bp separating the two TR binding sites. The upstream TRE, TRE2, is a classical direct repeat of retinoid X receptor (RXR)/TR binding half-sites with a 4-bp separation. There are few studies clarifying the TR dynamics in the TRE of a specific gene with or without the exposure of activated thyroid hormone. We evaluated TR binding patterns in the proximal and distal TREs of the hdiol gene before and after T₃ stimulation.
Methods: We employed chromatin immunoprecipitation (ChIP) technique to investigate the TR- TRE interaction before and after T₃ stimulation in human hepatocellular carcinoma HepG2 cell line. Following cross-linking and sonication of the cells, immunoprecipitation was performed overnight at 4℃ with TRαl, TRβ1 and TRβ2 antibodies. We analyzed the binding patterns and amounts of TRαl, TRβl and TRβ2 to TREl and TRE2 before and after 12 hours stimulation with 100 nM T3 by using conventional and quantitative real-time polymerase chain reactions (RQ-PCR). Reverse transcriptional PCR (RT-PCR) and Western blot with TR 1, TR 1 and TR 2 antibodies were performed to measure the levels of hdiol mRNA and TR 1, TR 1 and TR 2 proteins before and after 12 hours exposure to l00nM T3.
Results: In TRE1, TRαl binding was significantly decreased after 12 hours stimulation with l00nM T3 (3.74→97, Δ=-47.3%, p<0.05), but TRβ1 and TRβ2 bindings were not detected by conventional PCR and RQ-PCR. Although all TR isoforms were bound to TRE2, the binding patterns were quite different. While TRα1 and TRβ1 bindings to TRE2 after 12 hours stimulation with 100 nM T3 were significantly decreased (10.41→3.01, Δ=-71.1%, p<0.05; 12.56 →2.93, Δ =-76.7%, p<0.05, respectively), TRβ2 binding was increased but not significantly (9.17 →9.84, Δ =+7.3%). Total TR bindings in TRE2 were significantly decreased after 12 hours stimulation with 1OOnM T₃ (32.14 →15.78, Δ=-50.9%, p<0.05). The TR bindings to TREl and TRE2 were not significantly different by the amounts of TR antibodies used during ChIP assays. The levels of hdiol mRNA were significantly increased, 2.03 times, after 12 hours exposure to l00nM T3 (p<O.001). Western blot showed no significant change of the level of each TR isoform protein before and after 12 hours exposure to 100nM T3.
Conclusion: Our results demonstrate the dynamics of TRal at proximal TRE (TRE1) and the switching phenomenon of TR isoforms at distal TRE (TRE2) of the hdiol gene after T3 stimulation. Further investigation, however, is needed to clarify the mechanisms of these observations (J Kor SOC Endocrinol 18:283-295, 2003).

목차 (Table of Contents)

• ABSTRACT
• 서론
• 대상 및 방법
• 1. 대상
• 2. 방법
• 3. 통계처리
• 결과
• 1. 100nM T₃를 투여하기 전과 투여한 후 12시간 뒤 TRE1 부위에서 갑상선호르몬 수용체 결합양상의 변화 (Table 2, Fig. 1)
• 2. 100nM T₃를 투여하기 전과 투여한 후 12시간 뒤 TRE2 부위에서 갑상선호르몬 수용체 결합양상의 변화 (Table 2, Fig. 2)
• 3. 염색체 면역침전법 시행시 첨가한 갑상선 호르몬 수용체 항체의 양 (1.5μL vs. 4.5 μL)에 따른 갑상선호르몬 수용체 결합양상의 차이
• 4. T₃투여 전ㆍ후 hdio1 mRNA 발현량의 변화
• 5. T₃투여 전ㆍ후 hdio1 mRNA 발현량의 변화 (Fig. 3)
• 고찰
• 요약
• 참고문헌