췌장 β-세포에서 2-Deoxy-D-ribose에 의해 유발된 Ferroptosis

Abstract

Ferroptosis는 철 의존적(iron-dependent)인 지질산화(lipid peroxidations)에 의해 발생하는 새로은 cell death mechanism으로, cystine의 세포내 이동을 매개하는 system cc-를 억제하는 물질들은 ferroptosis를 유발한다고 알려져 있다. 우리는 이전 연구에서 2-deoxy-d-ribose (dRib)이 베타세포에서 cystine의 세포내 이동을 억제하여 산화손상을 유발한다고 보고하였다. 이에 dRib에 의한 베타세포 산화손상이 ferroptosis인지 알아보기 위해 본 연구를 계획하였다. RIN5mF 세포와 쥐로부터 분리한 islets을 30 mM dRib과 100 μM 2-mercaptoethanol (2-ME), 100 μM deferoxamine (DFO) with or without 100 μM FeSO4, 20 μM Ferrostatin-1 (Fer-1), or 20 μM Liproxstatin-1 (Lip-1)로 동시에 자극하여 배양한 후 xCT mRNA & protein expressions, l-[14C]cystine uptake, intracellular GSH content, lipid peroxidation and cell viability를 측정하였다. Lipid peroxidation은 intracellular malondialdehyde (MDA) and 4-hydroxynonenal (4-HNE) levels 그리고 C11-BODIPY staining을 이용한 flow cytometry로 측정하였다. dRib에 의한 세포 형태학적 변화는 transmission electron microscope (TEM)으로 관찰하였다. RIN5mF 세포에서 dRib 자극은 system cc-의 mRNA와 단백질발현을 농도의존적으로 증가시키고, cystine uptake 감소, GSH depletion, lipid peroxidation과 cytotoxicity를 유발하였다. System cc-를 우회하여 cystine의 세포내 이동을 증가시키는 것으로 알려진 2-ME는 dRib으로 유발된 cystine uptake 감소, GSH depletion, lipid peroxidation과 cytotoxicity를 거의 대조군 수준으로 회복시켰다. Iron chelator인 DFO와 Fer-1 & Lip-1은 cystine uptake와 GSH content에는 영향이 없었으나 dRib에 의해 유발된 lipid peroxidation과 cytotoxicity를 회복시켰고, DFO의 효과는 FeSO4 추가로 상쇄되었다. 이러한 효과들은 isolated islets에서도 동일하게 관찰되었다. TEM으로 관찰했을때 dRib 자극은 미토콘드리아의 수축(shrinkage), 융기 수의 감소(reduced cristae)와 외막파열 (outer membrane rupture)을 유발하였으나, nucler integrity는 intact하였다. 위 결과들을 종합할 때, dRib은 베타세포에서 system cc-를 억제함으로써 세포내 GSH가 고갈되어 lipid peroxidation에 의한 세포사인 ferroptosis를 유발하는 것으로 보인다. 향후 dRib은 ferroptosis와 관련된 여러 질환들의 연구에 쓰일 수 있다고 생각한다.