청각유모세포에서 산화환원 항상성과 세포주기에 아연이 미치는 영향

Abstract

영양소 결핍은 난청을 유발하는 다양한 원인들 중 하나이다. 특히 아연은 세포의 증식, 면역체계, 산화환원 반응, 그리고 청력 유지에 필수적인 요소이다. 선행 연구결과 아연결핍 식이 마우스에서 ABR (Auditory brainstem response) threshold가 증가되었으며 일시적인 난청이 나타났고 정상식이를 통해 아연을 보충해주면 ABR threshold가 정상에 가깝게 회복되며 난청 역시 회복되었다. 하지만 현재 아연결핍이 난청을 유발하는 분자생물학적 기전은 밝혀지지 않았다. 본 연구는 마우스 청각 유모세포에서 아연결핍이 세포 주기에 미치는 영향을 조사하였다. 마우스 청각 유모세포에 0.5 M TPEN (N,N,N′,N′-tetrakis (2-pyridylmethyl) ethylenediamine, 아연 킬레이터)을 24시간 동안 처리하면 세포증식이 억제되고 활성산소종이 증가했으며, 세포 사멸사가 유도되었다. FACS (Fluorescence-activated Cell Sorting) 측정결과 이러한 세포 증식의 억제는 G1/S phase의 억제로 인해 발생하였다. TPEN을 처리한 세포에 5 M ZnCl2를 넣은 세포 배양 배지를 넣어주면 아연 결핍에 의한 활성산소종의 축적과 세포주기 정지가 약화되었다. 추가적으로 아연 결핍 식이 마우스 내이에서 세포주기 연관 단백질의 발현을 조사한 결과 spiral ganglion, organ of corti, limbus, 그리고 stria vascularis에서 p21 단백질의 발현이 증가하였고, cyclin E와 pRb의 발현이 감소한 것을 확인하였다. 이러한 결과들은 아연이 산화환원 항상성 유지와 세포주기를 통한 세포 증식에 필수적인 영양소이며, 세포주기의 손상이 청력손실을 유발할 것으로 추측할 수 있다. |A nutrition deficiency is one of the various causes of hearing loss. Zinc is an essential element for cell proliferation, immune system, antioxidant reactions, and the maintenance of hearing ability. Our previous studies reported that the auditory brainstem response (ABR) threshold was increased in mice fed with zinc-deficient diets. Also, supplementation of zinc restored the ABR threshold shift to a normal level, and hearing loss has been restored. However, its molecular mechanism underlying the recovery of hearing loss remain to be elucidated. In the present study, we examined the detrimental effects of zinc deficiency on cell cycle progression in murine auditory cells (HEI-OC1). The treatment of HEI-OC1 cells with 0.5 μM TPEN (N,N,N′,N′-tetrakis (2-pyridylmethyl) ethylenediamine, a zinc chelator) for 24 hours inhibited cell proliferation, accumulation of intracellular reactive oxygen species (ROS), and induction of apoptosis. The inhibition of cell proliferation progression was caused by a G1/S phase arrest. Supplementation of culture medium with 5 μM ZnCl2 after exposure to TPEN attenuated ROS accumulation and the cell cycle arrest caused by the zinc deficiency. Additionally, we observed an increased expression of p21 and decreased expression of cyclin E and pRb in the spiral ganglion (SG), the organ of Corti (OC), Limbus (L), and stria vascularis (SV) in the zinc-deficient mouse cochlea. These results indicated that zinc is an essential nutrient for the maintenance of redox homeostasis and proliferation via the cell cycle progression, which the dysregulation of the cell cycle contribute to hearing loss.