Effect of Plant-derived Angiogenin Fusion Protein's on Matrix Metalloproteinase-1 and Alpha Smooth Muscle Actin in Trabecular Meshwork Cells

Abstract

Purpose: Benzalkonium chloride (BAK), commonly used in glaucoma treatment, is an eye drop preservative with dose-dependent toxicity. Previous studies have observed the multi-functional benefits of angiogenin (ANG) against glaucoma. In our study, we developed a plant-derived ANG fusion protein and evaluated its effect on the trabecular meshwork (TM) damage induced by BAK in human TM cell lines.Methods: Plant-derived ANG (ANG-FcK) was synthesized by fusing immunoglobulin G's Fc region and KDEL to conventional recombinant human ANG (Rh-ANG) purified from transgenic tobacco plants. Expression patterns of matrix metalloproteinase-1 (MMP-1) and alpha smooth muscle actin (a-SMA) in human TM cell lines were evaluated by immunocytochemical analysis and at the levels of protein and mRNA. We used BAK to look for toxic changes, and ANG-FcK and Rh-ANG for the protective effects.Results: In human TM cell lines, BAK induced more prominent expressions of MMP-1 and α-SMA. ANG co-treatment augmented the MMP-1 expression, however lessened the α-SMA expression. Expression were showed similar pattern between the ANG-FcK and Rh-ANG. Conclusions: Plant-derived ANG-FcK showed similar effects as Rh-ANG in the BAK-induced degenerative TM cell lines, and that effect might be related to the anti-fibrosis mechanism, suggesting that plant-derived ANG-FcK could be a promising glaucoma treatment.

목적: 안 압하강제 및 안 약 보존제로서 널리 이용되는 벤잘코니움은 사 용량에 비례하는 독 성을 나 타낼 수 있다. 안지오제닌의 다양한 기능이 녹내장 치료에 이용될 수 있다는 기존 보고들에 근거하여, 벤잘코니움으로 손상된 사람 섬유주세포에서 식물생명공학 기법으로 합성한 안지오제닌의 효과를 알아보고자 한다.대상과 방법: 상용화된 재조합 사람 안지오제닌(Rh-ANG)에 면역글로불린 G의 Fc 부분과 KDEL을 결합하여 식물로부터 안지오제닌(ANG-FcK)을 합성하였다. 면역화학 분석을 통해 단백질과 mRNA 수준에서 섬유주세포에서의 MMP-1과 α-SMA 발현에 대해 확인하였다. 독성 자극으로 벤잘코니움을 이용하였고, 두 가지 안지오제닌(Rh-ANG, ANG-FcK)을 보호물질로 이용하였다. 결과: 벤잘코니움에 노출된 섬유주세포에서 MMP-1과 α-SMA 발현이 유의하게 증가하였다. 안지오제닌을 벤잘코니움과 병용 투여한 결과 MMP-1 발현은 증가하는 양상이었으나, α-SMA 발현은 벤잘코니움 단독 노출에 비해 유의하게 감소하는 양상으로 나타났다. 두 가지 안지오제닌(Rh-ANG, ANG-FcK)의 발현 양상은 큰 차이가 없었다.결론: 식물생명공학 기법으로 합성한 안지오제닌의 섬유주세포에 대한 효과는 상용화된 안지오제닌과 비슷하였고, 항섬유화 기전과 연관이 있을 것으로 보이며, 녹내장 치료에 이용될 수 있는 가능성을 시사한다.