Studies on the Mechanisms of Malignant Transformation in Neurofibromatosis Type 1

Abstract

"신경섬유종증 제1형(Neurofibromatosis Type 1, NF1)은 1882년 Fredrich von Recklin-ghausen이 처음 기술하였으며, 말초신경을 따라 다기관에 다발적으로 종양을 형성하는 상염색체 우성 유전 질환으로 약 3500명중 1명꼴로 발생한다. NF1은 NF1 유전자의 돌연변이에 의해 발병하며, 환자의 약 50%는 유전이 아닌 자연발생적인 돌연변이에 의해 발생한다. 환자의 약 10%에서는 높은 사망률과 화학요법과 방사능에 낮은 반응을 보이는 malignant peripheral nerve sheath tumors(MPNSTs)로 악성화 된다고 알려져 있다. NF1은 높은 발병률, 예측불허의 다양한 합병증 동반과 악성화, 임상적 증상의 다양성과 심각성, 치료방법의 부재 등으로 인해 효과적이고 근본적인 치료법에 대한 기초적, 임상적 연구가 절실히 요구되고 있다.

NF1은 정상세포에서 양성종양세포, 악성종양세포로 악성화 되는 다양한 과정은 보고 되어 있으나, 아직 정확한 악성화 기전이 밝혀져 있지 않다. 본 연구는 NF1의 악성화 기전규명을 목표로 하였다. 악성종양으로 발전한 24세의 한국인 남자 NF1 환자에게서 분리한 정상표현형세포, 양성종양세포, 악성종양세포를 연구재료로 사용하여, 이들 세포들 간에 암의 악성화 신호전달에 관련된 단백질들의 발현 및 수식 양상을 비교분석하는 연구를 실시하였다.

Ras activation assay 실험을 통해서 세포내 대표적 Ras pathway regulator인 neurofibromin의 발현량 감소에 의해 활성화 형태의 K-Ras와 H-Ras가 정상표현형 세포에서 악성세포로 갈수록 증가된 것을 확인하였다. 과잉 활성 및 축적된 Ras에 의해 serine/threonine kinase인 ERK의 활성화 형태 phospho-ERK가 증가되었고, 그 downstream 인 phospho(Ser727)-STAT3 역시 악성세포로 갈수록 증가되어 있었다. 반대로, STAT3의 negative regulator인 SOCS3는 감소되어 있었다. 또한 세포의 악성화에 관여한다고 알려진 mTOR와 MMP-1은 악성으로 갈수록 증가되어 있었고, tumor supress gene으로 protein phosphatase로 잘 알려진 PTEN의 발현양은 악성으로 갈수록 감소되어 있었다. 정상, 양성, 악성의 3 종류의 세포는 세포증식(cell proliferation) 속도에는 큰 차이가 없었으나, 세포자멸사(apoptosis) 감수성에는 큰 차이를 보여, 정상세포에 비해 악성종양세포가 apoptosis에 더 내성을 나타내는 것을 확인하였다. Anti-cacer drug으로 알려진 apoptosis 유도물질인 actinomycin D와 etoposide를 세 가지 종류의 세포에 처리한 후 세포사멸 정도를 활성화 형태의 caspase 3를 통해 관찰한 결과, 악성종양세포로 갈수록 apoptosis에 대한 내성을 확인하였다. 따라서, apoptosis 조절에 관련하는 단백질들의 발현량을 확인한 결과, p53, Bax, Bak의 경우 발현양이 비슷하였으나, anti-apoptotic protein인 Bcl-2는 정상표현형세포에서 악성으로 갈수록 발현양이 감소되어있었고, Bcl-xL의 경우 Bcl-2와는 반대로 악성종양세포에서 발현양이 크게 증가되어있었다. Anti-apoptotic protein인 Bcl-xL은 Ras signal pathway의 최하위에 존재하는 단백질중의 하나로써 STAT3에 의해 발현되고, 세포변형의 1차적 반응이자 즉각적 반응인 세포자멸 신호를 억제시켜 암 발생(tumorigenesis)에 관여하는 것으로 잘 알려져 있다. 따라서 악성세포에서의 apoptosis 내성과 증가된 Bcl-xL의 결과로부터, Bcl-xL의 upregulation이 NF1 세포의 악성화에 매우 중요한 영향을 끼친다는 사실을 시사 하였다. NF1 환자에서 Bcl-xL의 특이적인 증가와 감소된 apoptosis는 보고 된 바 없으므로 본 연구에서는 Bcl-xL에 초점을 맞추어 연구를 진행하였다. Bcl-xL을 정상표현형 세포에 도입 한 후 Western blot analysis를 이용하여 apoptosis 관련 단백질의 발현양상의 변화를 조사하였다. Bcl-xL이 과발현 된 NF1 세포에서 p53, Bax, Bak, Bcl-2의 발현의 차이는 없었지만, 활성화 형태의 caspase 3의 감소와 apoptosis 내성 획득을 확인하였다. 즉, Bcl-xL의 과발현에 의하여 apoptosis signal pathway에 변화가 생기고 이것이 NF1 세포의 악성화에 큰 영향을 줄 수 있다는 사실을 확인하였다.

본 연구결과는 NF1의 악성화 기전의 규명에 주요한 기초 자료를 제공할 뿐만 아니라, Bcl-xL을 응용한 NF1의 치료법 개발에도 크게 기여할 것으로 기대된다.

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