Neuroprotection of AG490 in Oxidative Stress-induced Neuronal Death

Abstract

Oxidative stress induced increases of the free radicals, which has an important role in neuronal death. Free radicals oxidize intracellular molecules, the destabilization of membrane integrity, and the mitochondrial dysfunction. In present study, we investigated whether AG490, a specific Janus kinases 2 (JAK2) inhibitor had an effect on oxidative stress-induced cytotoxicity in cultured primary cortical neurons. AG490 significantly protected neuronal cell death against various oxidative stimuli, such as hydrogen peroxide (H2O2), L-buthionin-S,R-sulfoxamine (BSO), N-methyl-D-aspartic acid (NMDA), and arachidonic acid (AA). Particularly, AG490 completely blocked H2O2-induced neuronal death. To explore the protective mechanism of AG490, the involvement of JAK2 signal pathway, the regulation of reactive oxygen species (ROS), and the effect on mitochondrial functions were examined. AG490 suppressed oxidant-induced JAK2 phosphorylation. In addition, AG490 regulated the increase of intracellular ROS by oxidative stress and AG490 itself has a modest antioxidant action and increased the total glutathione (GSH) level. Furthermore, AG490 significantly abolished the reduction of mitochondrial membrane potential by oxidative stress. Taken together, AG490 had a potent protective effect in oxidative stress-induced neuronal death. The protection mechanism of AG490 can be explained with involvement of JAK2 pathway, directly scavenging ROS and up-regulation of endogenous antioxidants activity, and restored mitochondrial functions.

자유 라디칼의 증가로 인한 산화적 스트레스는 신경세포사멸에 있어서 중요한 역할을 한다. 자유 라디칼은 세포내부에 존재하는 분자들을 산화시키고, 세포막의 안정화를 저해하며, 미토콘드리아의 기능을 저해시킨다. 본 연구에서는 Janus kinases 2 (JAK2)의 특이적 억제제인 AG490을 이용하여, 일차배양 신경세포의 산화적 스트레스로 인한 사멸에서의 보호효과를 관찰하고 보호경로에 대해서 조사해보고자 한다. 본 연구의 결과로, 일차배양 신경세포에서 AG490은 과산화수소 (H2O2), L-buthionin-S,R-sulfoxamine (BSO), N-methyl-D-aspartate (NMDA), arachidonic acid (AA)와 같은 다양한 산화제에 의해 일어나는 세포사멸을 상당히 감소시킨다. 특히, AG490은 과산화수소에 의한 신경세포 사멸을 강력하게 저해한다. 이러한 AG490 보호효과 경로를 이해하기 위해하여 JAK2 신호전달경로와 산화적 스트레스의 관계를 알아보고, 산화적 스트레스에 의해 생성된 활성산소의 조절을 관찰하며, 미토콘드리아의 기능의 변화를 관찰하였다. AG490은 특이적인 산화제에 의해서 인산화된 JAK2의 인산화를 억제시키고, 약물 자체가 항산화제 활성을 가지고 있음을 알게 되었다. 약물의 구조적 특징에 의한 항산화제 활성 이외에도 AG490은 세포내의 글루타티온 (GSH)의 양을 증가시켜서 산화적 스트레스로 유도되는 활성산소를 감소시켰다. 또한, AG490은 산화적 스트레스에 의해서 유도되는 미토콘드리아 막전위의 감소를 막아서 신경세포의 사멸을 억제한다. 이러한 결과들을 통해서 JAK2 억제제인 AG490은 산화적 스트레스로 유발된 신경세포 사멸에 있어 강력한 보호작용을 함을 알 수 있었다. AG490의 세포 보호 작용은 JAK2 신호전달을 차단하고, 활성산소의 생성을 감소시키며 미토콘드리아 기능을 유지시킴으로서 나타나는 현상이라 할 수 있다.