Cell death and post-translational modification of procaspase-3 induced by Photofrin-mediated Photodynamic treatment in mammalian cells

• Main Authors: Hsieh, Ya-Ju, 謝雅如
• Other Authors: Lyu, Ping-Chiang
• Format: Others
• Language: en_US
• Published: 2010
• Online Access: http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/61188758274879022580

博士 === 國立清華大學 === 生物資訊與結構生物研究所 === 99 === Photofrin 是光動力療法中用來治療癌症的第一代光敏劑，主要的治療效果可導致癌細胞的死亡。許多研究發現PDT可以導致各種不同型態的細胞死亡，但是其中的機制還不是非常清楚。我們利用A431細胞進行PDT的研究，發現Photofrin不同處理時間，會分布在細胞不同的區域，照光處理後可以造成細胞不同的死亡型態 [Hsieh et al., (2003) J. Cell. Physiol. 194, 363-375]。在本研究中發現，當Photofrin分布在細胞內胞器中時，處理光照後2-8小時會導致細胞核周圍的空泡形成，我們證明空泡時由ER形成的，並且和ROS的形成是相關的；利用一個ER膜上的Ca2+-ATPase (SERCA) 的抑制劑處理，也可以看到相同的空泡的形成。本研究發現了一個新的細胞反應，PDT處理後會造成ER的壓力並導致空泡的形成。此外，caspase-3在細包凋亡中扮演一個執行者的角色，我們證實了PDT處理後會導致procaspase-3被修飾並且失去活性，一部分的procaspase-3還會形成三倍的高分子量產物。高劑量的PDT處理可以阻止內生性的以及重組的procaspase-3被上游的蛋白質(caspase-3)活化。利用FT-MS分析蛋白質量差異，或用16O/18O以及 15N穩定同位素標定的定量實驗中，我們發現氧化是PDT所造成的主要修飾作用。定量結果顯示，Met-27, -39 及 -44是氧化最明顯的胺基酸，而活性中心Cys163沒有明顯的變化。在procaspase-3-D3A中點突變的實驗結果顯示，M44L的突變株活性相較於其他突變株低 (M27L, M39L and M222L)；在野生型中點突變的實驗結果顯示，M44L的突變株被上游caspase-8活化的情況較差；綜合以上的結果顯示高劑量PDT處理後造成Methionine氧化以致procaspase-3不易被活化，這或許可以解釋PDT造成的複雜的細胞死亡；更進一步的，我們認為高分子產物的行程也可能在細胞死亡中扮演一個角色。我們發現高分子量產物會在各種細胞形成，並且與氧化壓力相關，而高分子量的形成也可以在動物實驗中看到。高分子量產物是經由修飾已生成的蛋白質所形成，並造成原來的procaspase-3的減少，在細胞中表現myc- 以及EGFP-procaspase-3 經PDT處理後更證明了高分子量產物是procaspase-3之間彼此共價鍵結形成。但高分子量產物的鍵結不是非常穩定，在純化的過程中會再度斷裂變回單體結構，目前我們正在尋找純化的方法以及鑑定共價鍵結的位置。綜合上述結論，在PDT處理後，我們鑑定不同的細胞死亡型態；另一方面，PDT處理後造成caspase-3氧化，形成高分子量產物，並失去活性，這些caspase-3的改變可能調控了細胞死亡的路徑。