The role of IFITM1 in malignant progression of neurofibromas in NF1

Abstract

Neurofibromatosis type 1 (NF1) is one of the most commonly inherited autosomal dominant human genetic disorder with an incidence of approximately 1 in 3000~3500 individuals worldwide. NF1 is caused by loss-of-function mutations in the NF1 gene encoding neurofibromin, a GTPase-activating protein. Because the pathogenesis of the tumor progression of benign plexiform neurofibromas (PNs) to malignant peripheral nerve sheath tumors (MPNSTs) remained unclear, genetic and epigenetic changes involved in MPNST pathogenesis. Here I found that interferon-induced transmembrane protein 1 (IFITM1) was downregulated in MPNST tissues compared to that in PN tissues from NF1 patients by immunohistological staining and/or Western blot analysis. Overexpression of IFITM1 in the NF1-deficient MPNST tumor cells resulted in a decrease in Ras activation (GTP-Ras), while downregulation of IFITM1 by treatment of small interfering RNA in normal-phenotypic NF1-deficient cells caused an increase in Erk1/2 activation (phosphorylated Erk1/2), indicating that expression level of IFITM1 is closely related with tumor progression in NF1. Treatment of interferon-γ (INF-γ) in the MPNST cells caused elevated expression of IFITM1, thereby leading to a decrease in the Ras activation and its downstream Erk1/2 activation. Notably, INF-γ produced a sensitization effect on enhancing cytotoxicity of MPNST cells by cotreatment of low-dose cisplatin and gemcitabine. These results provide a new potential target for chemotherapy in the NF1 patients with MPNSTs.

제1형 신경섬유종증 (Neurofibromatosis type 1, NF1) 은 3,000~3,500명당 1명 꼴로 발생하는 가장 흔한 유전질환 중 하나이다. 양성종양인 neurofibroma가 악성종양인 malignant peripheral nerve sheath tumor(MPNST)로의 발전은 전체 환자의 10~13%에 이르고, MPNST는 NF1 환자의 주요 사망원인으로 보고되고 있다. 하지만 neurofibroma의 MPNST로의 악성화 기전은 아직 명확하게 규명되어 있지 않다. 선행연구에서 NF1 환자의 수술 조직 유래의 정상, 양성종양, 악성종양 조직에서 발현의 차이가 큰 유전자로서 IFITM1(interferon-induced transmembrane protein 1)이 발굴되었다. 본 연구에서는 NF1의 종양 악성화에 관여하는 IFITM1의 역할에 대해 규명하고자 하였다. 먼저 7명의 NF1 환자의 수술조직에서 양성종양조직(n=6)과 악성종양조직(n=3)에서 IFITM1 발현 정도를 면역학적 염색법(immunohistochemistry)을 통해 조사하였다. 그 결과 양성종양조직에 비하여 악성종양조직에서 IFITM1 단백질의 양이 확연히 적은 것을 확인하였다. 특히 2명의 환자에 서는 시간 경과에 따라 IFITM1이 감소되는 것을 확인 하였다. 다음으로, 양성종양에서 악성종양으로 발전한 환자 수술조직으로부터 분리 배양한 정상세포와 악성종양의 MPNST 세포에서 IFITM1 mRNA와 단백질 양을 비교·분석한결과 IHC 결과와 동일하게 악성종양세포에 IFITM1의 발현량이 감소되어 있는 것을 확인 하였다. IFITM1의 발현량이 NF1의 악성화에 직접적인 영향이 있는지 증명하기 위해, siRNA 처리를 통한 IFITM1의 발현 억제와 plasmid construct 도입을 통한 IFITM1의 과발현(overexpression)에 대한 연구를 진행하였다. 환자유래의 정상세포와 정상의 human Schwann cell(HSC)에 IFITM1 발현을 억제하였을 때 Ras 신호전달의 하류에 있는 Erk-1/2의 활성화가 확인 되었으며, 반대로 환자유래의 악성세포와 MPNST 세포주에 IFITM1을 과발현시켰을 때 Ras 활성화(GTP-Ras)가 현저히 증가되었다. 이러한 결과는 IFITM1의 발현량이 NF1의 악성화와 밀접한 영향이 있음을 시사한다. IFITM1은 인터페론-알파(interferon-α)와 인터페론-감마(interferon-γ)에 의해 전사가 유도되는 유전자로 알려져 있다. 이에 본연구에서도 MPNST 세포주에 인터페론-감마를 처리하여 IFITM1의 발현량 변화와 이에 따른 Ras 및 Erk 1/2의 활성 변화를 조사하였다. sNF96.2 MPNST 세포에 인터페론-감마를 처리한 3시간 후에 관찰하였을 때, 현저한 IFITM1의 발현의 증가가 관찰되었으며 활성화된 Ras(GTP-Ras)와 활성화된 Erk 1/2 (phosphorylated Erk 1/2)의 현저한 감소가 있음이 밝혀졌다. MPNST 환자에서 많이 사용되고 있는 항암제인, cisplatin, gemcitabine, methotrexate, paclitaxcel, vinblastine을 단독 처리와 인터페론-감마 병용처리에 대한 비교 실험에서, 인터페론-감마는 cisplatin과 gemcitabine에 대한 감작(sensitization)에 큰 영향을 끼치는 것으로 나타났다. 특히, cisplatin과 gemcitabine의 병용 처리시에 인터페론-감마의 cisplatin과 gemcitabine에 대한 감작 효과가 가장 좋았다. 이러한 결과로부터, 외부의 IFITM1 유전자 세포도입에 의한 과발현 및 인터페론-감마에 의해 유도된 IFITM1의 발현량 증가는 MPNST 세포의 Ras/Raf/Mek/Erk 경로의 활성화 억제에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. IFITM1에 관한 본 연구의 결과가 향후 NF1 악성화 원인규명 및 치료제 개발에 기여할 수 있기를 기대한다.