HepG2 세포의 포스포리파제 D 활성과 자유 지방산 방출에 대한 디프테리아 독소의 영향

The effect of diphtheria toxin on cell membrane lipids was studied by examining the phospholipase D (PLD) activity and free fatty acids (FFA) release in HepG2 cells. The diphtheria toxin effects on lipid alteration show apparently maximal at pH 5.1, stimulating PLD activity nearly 3.5 fold and enhancing FFA release approximately 5 fold over the control. These results indicate that the membrane is perturbed and its lipid component is rearranged during the diphtheria toxin translocation. Digitonin, a random membrane perturbing detergent, exhibit about four-fold higher perturbation effect over the diphtheria toxin at neutral pH. This observation suggests that the membrane perturbation induced by diphtheria toxin appears to be rather selective. To investigate the cause of the membrane perturbation, Cibacron blue, an inhibitor of membrane pore formation, and hemagglutinin, an influenza virus with fusion peptide, were tested for their effects on diphtheria toxin action. Cibacron blue decreased the diphtheria toxin effect by almost 50%, but the lipid alteration induced by hemagglutinin was similar to the diphtheria toxin effect. These observations imply that the membrane perturbation induced by diphtheria toxin may be caused by a combination of pore formation and insertion of hydrophobic peptide of toxin to the membrane as well. Additionally, we found that the diphtheria toxin increased the HepG2 cells permeability but the cells viability was maintained at high level at the same time. DNA fragmentation which is related to apoptosis was not induced by the toxin. Under these conditions, we could demonstrate that the lipid alteration of HepG2 cells was brought about by diphtheria toxin at acidic pH. 본 연구에서는 디프테리아 독소가 세포막의 지질에 미치는 영향을 알아보기 위해 HepG2 세포에서 포스포리파제 D와 유리된 지방산(Free fatty acid)의 변화를 살펴보았다. 지질변화는 pH 5.1에서 최고 값을 나타냈으며, 이 pH에서 포스포리파아제 D의 활성을 3.5배 가량, 유리된 지방산의 방출은 5배 정도 증가되었다. 이는 디프테리아 독소가 세포 안으로 들어가는 과정에서 세포막이 교란되어 재배열되었음을 시사한다. 한편 세포막을 무작위로 교란시키는 디지토닌의 영향이 디프테리아 독소의 그것보다 중성 pH에서 4배 이상 상당히 높게 나타난 것으로 미루어 보아 디프테리아 독소의 영향이 상대적으로 선택적인 교란 현상인 것으로 보여진다. 이런 세포막 교란의 연유를 밝히고자 세포막 구멍 형성 저해제인 cibacron blue와 세포막 융합 펩티드를 갖고 있는 hemagglutinin의 영향을 검토하였다. Cibacron blue는 디프테리아 독소에 의한 지질 변화를 50% 정도 저해시켰으며, hemagglutinin에 의한 지질변화는 디프테리아 독소의 그것과 유사함을 관찰 할 수 있었다. 이들 결과들은 디프테리아 독소에 의한 세포막 교란이 구멍형성과 독소의 소수성 펩티드가 세포막에 삽입되는 과정이 서로 연계되어 있음을 암시한다. 그 외 일련의 실험으로 디프테리아 독소가 세포막을 통과하는 과정에서 HepG2 세포의 투과성은 상승시켰으나, 세포의 생존능력은 상당히 높게 유지되었고 DNA 토막내기 같은 세포의 괴사는 일어나지 않았다. 이런 조건하에서 디프테리아 독소는 산성 pH에서