미토콘드리아는 세포의 생존에 필요한 에너지를 생성하며, 세포 내 칼슘 항상성조절 및 세포자살을 조절하는 중요한 세포 내 소기관이다. 최근 미토콘드리아 기능이상과 질병 발생 및 진행 간의 상관관계에 관한 연구 결과들이 보고되고 있다. 특히 암에서 저산소 조건 하에서 암세포 적응 과정에서 관찰되는 미토콘드리아 기능이상 및 다양한 암종에서 미토콘드리아 DNA 돌연변이에 의한 미토콘드리아 기능이상에 관한 현상들이 관찰되고 있다. 하지만, 미토콘드리아 기능이상과 발암 및 악성화 기전에 관한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 미토콘드리아 기능이상에 의한 암 악성화 현상을 관찰하고, 그 작용기전을 규명하고자 하였다. 또한 미토콘드리아 기능이상 제어를 통한 암 악성화의 조절 가능성을 제시하고자 하였다. 미토콘드리아 기능이상에 의한 암 악성화 현상을 관찰하기 위해, Hep3B ...
미토콘드리아는 세포의 생존에 필요한 에너지를 생성하며, 세포 내 칼슘 항상성조절 및 세포자살을 조절하는 중요한 세포 내 소기관이다. 최근 미토콘드리아 기능이상과 질병 발생 및 진행 간의 상관관계에 관한 연구 결과들이 보고되고 있다. 특히 암에서 저산소 조건 하에서 암세포 적응 과정에서 관찰되는 미토콘드리아 기능이상 및 다양한 암종에서 미토콘드리아 DNA 돌연변이에 의한 미토콘드리아 기능이상에 관한 현상들이 관찰되고 있다. 하지만, 미토콘드리아 기능이상과 발암 및 악성화 기전에 관한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 미토콘드리아 기능이상에 의한 암 악성화 현상을 관찰하고, 그 작용기전을 규명하고자 하였다. 또한 미토콘드리아 기능이상 제어를 통한 암 악성화의 조절 가능성을 제시하고자 하였다. 미토콘드리아 기능이상에 의한 암 악성화 현상을 관찰하기 위해, Hep3B 세포주를 세포주를 이용하여 미토콘드리아 기능이상 모델인 ρ0 세포주를 제작하였다. Hep3B ρ0 세포주는 모세포인 Hep3B 세포주에 비해 성장이 빠르고, 높은 침윤 및 이동능력을 보였다. 또한 혈관신생 및 표적항암제 소라페닙에 대한 내성이 증가되어 있는 것을 확인하였고, 최종적으로 암 줄기세포의 표현형을 나타내는 것을 검증하였다. 이러한 현상이 ρ0 세포주에서 TGF-β의 발현 증가로 인한 Smad2/3 인산화, Snail 발현 증가를 통해 유도됨을 TGF-β 신호경로 저해제인 SB431542를 처리하여 Western blot, RT-PCR, Immunocytochemistry, RNAi 기법으로 검증하였다. 특히, 암 유발능력을 측정하는 Colony formation assay 실험에서는, Hep3B ρ0 세포주가 모세포에 비해 크고, 많은 수의 Colony를 형성함이 관찰되었다. 이 과정에서 ρ0 세포주에서 분비된 TGF-β에 의해 암 줄기세포화 유도 전사인자인 Sox2이 발현이 유도되었음을 증명하였다. 이상의 결과들은 미토콘드리아 기능이상에 의해 암 악성화가 가속화될 수 있음을 뒷받침한다. 다음으로, 인체 수면 조절 호르몬인 멜라토닌을 이용하여 미토콘드리아 기능이상 제어를 통한 암 악성화 조절 가능성을 검증해 보았다. 저산소 상태 하에서는 전자전달계의 활성 저하로 인해 미토콘드리아 기능이상이 초래된다. 이 때, 미토콘드리아 유래의 활성산소가 많이 생성되는데, 이는 암세포가 HIF-1의 안정화를 통한 저산소 상황 적응 및 혈관신생 유도 등의 악성화에 필수적이다. 따라서 인체 유래의 항산화 활성을 가지는 멜라토닌을 처리하여 저산소 조건에서의 HIF-1 안정화를 억제함으로써, 혈관신생 조절 가능성을 확인하였다. 저산소 처리를 한 HCT116 세포주 배양액에 의해 증가된 혈관신생이 멜라토닌에 의해 저해됨을 관찰하였다. 이는 저산소 조건에서 미토콘드리아로부터 나오는 활성산소를 멜라토닌이 제거함으로써, HIF-1의 안정화를 방해하고, 나아가 혈관신생 인자 VEGF의 생성을 억제시킨 결과로 나타났다. 이상의 결과들을 종합해볼 때, 미토콘드리아 기능이상은 암 악성화 현상을 유발시킬 수 있는 주요 원인이라 볼 수 있으며, 이와 연관된 세부 작용기전을 규명한다면, 미토콘드리아 기능이상 제어를 통한 암 치료법 개발하는데 있어 기초 자료로 활용될 것으로 사료된다.
미토콘드리아는 세포의 생존에 필요한 에너지를 생성하며, 세포 내 칼슘 항상성조절 및 세포자살을 조절하는 중요한 세포 내 소기관이다. 최근 미토콘드리아 기능이상과 질병 발생 및 진행 간의 상관관계에 관한 연구 결과들이 보고되고 있다. 특히 암에서 저산소 조건 하에서 암세포 적응 과정에서 관찰되는 미토콘드리아 기능이상 및 다양한 암종에서 미토콘드리아 DNA 돌연변이에 의한 미토콘드리아 기능이상에 관한 현상들이 관찰되고 있다. 하지만, 미토콘드리아 기능이상과 발암 및 악성화 기전에 관한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 미토콘드리아 기능이상에 의한 암 악성화 현상을 관찰하고, 그 작용기전을 규명하고자 하였다. 또한 미토콘드리아 기능이상 제어를 통한 암 악성화의 조절 가능성을 제시하고자 하였다. 미토콘드리아 기능이상에 의한 암 악성화 현상을 관찰하기 위해, Hep3B 세포주를 세포주를 이용하여 미토콘드리아 기능이상 모델인 ρ0 세포주를 제작하였다. Hep3B ρ0 세포주는 모세포인 Hep3B 세포주에 비해 성장이 빠르고, 높은 침윤 및 이동능력을 보였다. 또한 혈관신생 및 표적항암제 소라페닙에 대한 내성이 증가되어 있는 것을 확인하였고, 최종적으로 암 줄기세포의 표현형을 나타내는 것을 검증하였다. 이러한 현상이 ρ0 세포주에서 TGF-β의 발현 증가로 인한 Smad2/3 인산화, Snail 발현 증가를 통해 유도됨을 TGF-β 신호경로 저해제인 SB431542를 처리하여 Western blot, RT-PCR, Immunocytochemistry, RNAi 기법으로 검증하였다. 특히, 암 유발능력을 측정하는 Colony formation assay 실험에서는, Hep3B ρ0 세포주가 모세포에 비해 크고, 많은 수의 Colony를 형성함이 관찰되었다. 이 과정에서 ρ0 세포주에서 분비된 TGF-β에 의해 암 줄기세포화 유도 전사인자인 Sox2이 발현이 유도되었음을 증명하였다. 이상의 결과들은 미토콘드리아 기능이상에 의해 암 악성화가 가속화될 수 있음을 뒷받침한다. 다음으로, 인체 수면 조절 호르몬인 멜라토닌을 이용하여 미토콘드리아 기능이상 제어를 통한 암 악성화 조절 가능성을 검증해 보았다. 저산소 상태 하에서는 전자전달계의 활성 저하로 인해 미토콘드리아 기능이상이 초래된다. 이 때, 미토콘드리아 유래의 활성산소가 많이 생성되는데, 이는 암세포가 HIF-1의 안정화를 통한 저산소 상황 적응 및 혈관신생 유도 등의 악성화에 필수적이다. 따라서 인체 유래의 항산화 활성을 가지는 멜라토닌을 처리하여 저산소 조건에서의 HIF-1 안정화를 억제함으로써, 혈관신생 조절 가능성을 확인하였다. 저산소 처리를 한 HCT116 세포주 배양액에 의해 증가된 혈관신생이 멜라토닌에 의해 저해됨을 관찰하였다. 이는 저산소 조건에서 미토콘드리아로부터 나오는 활성산소를 멜라토닌이 제거함으로써, HIF-1의 안정화를 방해하고, 나아가 혈관신생 인자 VEGF의 생성을 억제시킨 결과로 나타났다. 이상의 결과들을 종합해볼 때, 미토콘드리아 기능이상은 암 악성화 현상을 유발시킬 수 있는 주요 원인이라 볼 수 있으며, 이와 연관된 세부 작용기전을 규명한다면, 미토콘드리아 기능이상 제어를 통한 암 치료법 개발하는데 있어 기초 자료로 활용될 것으로 사료된다.
Mitochondria play essential and various roles including production of cellular energy, participation of numerous metabolic reactions and apoptosis. Recently, it has been reported that mitochondrial dysfunction is associated with various pathological condition, especially cancer. However, the underly...
Mitochondria play essential and various roles including production of cellular energy, participation of numerous metabolic reactions and apoptosis. Recently, it has been reported that mitochondrial dysfunction is associated with various pathological condition, especially cancer. However, the underlying mechanisms for tumor malignancy induced by mitochondrial dysfunction have not been fully understood. In this study, the effects of mitochondrial dysfunction on tumor malignancy were initially investigated using mitochondrial-depleted ρ0 cell model. Firstly, ρ0 cells were constructed from Hep3B hepatocarcinoma cell line by treating ethidium bromide. ρ0 cells showed the properties of rapid growth, high invasiveness and aggressive migration rather than their parental Hep3B. And the cells had also obtained activities for angiogenesis, sorafenib-resistance and cancer stem cell (CSC). Increased tumor growth factor-β (TGF-β) in ρ0 cells promoted tumor malignancy via canonical Smad-dependent signaling pathway. Activated TGF-β signaling pathway was also induced CSC phenotype via induction of sex determining region Y-box 2 (Sox2) expression. These results support that tumor malignancy might be accelerate by mitochondrial dysfunction. Next, the possibility of the suppression of tumor malignancy was examined through regulation by mitochondrial dysfunction. Under hypoxia, increased reactive oxygen species (ROS) can induce tumor angiogenesis by stabilization hypoxia-inducible factor-1 α (HIF-1α). In this study, melatonin, a small lipophilic molecule secreted primarily by the pineal gland, destabilized hypoxia-induced HIF-1α protein levels in the HCT116 human colon cancer cell line. This destabilization of HIF-1α resulted from the antioxidant activity of melatonin against ROS induced by hypoxia. Moreover, under hypoxia, melatonin suppressed HIF-1 transcriptional activity, leading to a decrease in VEGF expression. Melatonin also blocked in vitro tube formation and invasion and migration of human umbilical vein endothelial cells induced by hypoxia-stimulated conditioned media of HCT116 cells. These findings suggest that melatonin could play a pivotal role in tumor suppression via inhibition of HIF-1-mediated angiogenesis. Taken together, mitochondrial dysfunction plays an important role in the tumor malignancy and could be a novel therapeutic target to cancer therapy.
Mitochondria play essential and various roles including production of cellular energy, participation of numerous metabolic reactions and apoptosis. Recently, it has been reported that mitochondrial dysfunction is associated with various pathological condition, especially cancer. However, the underlying mechanisms for tumor malignancy induced by mitochondrial dysfunction have not been fully understood. In this study, the effects of mitochondrial dysfunction on tumor malignancy were initially investigated using mitochondrial-depleted ρ0 cell model. Firstly, ρ0 cells were constructed from Hep3B hepatocarcinoma cell line by treating ethidium bromide. ρ0 cells showed the properties of rapid growth, high invasiveness and aggressive migration rather than their parental Hep3B. And the cells had also obtained activities for angiogenesis, sorafenib-resistance and cancer stem cell (CSC). Increased tumor growth factor-β (TGF-β) in ρ0 cells promoted tumor malignancy via canonical Smad-dependent signaling pathway. Activated TGF-β signaling pathway was also induced CSC phenotype via induction of sex determining region Y-box 2 (Sox2) expression. These results support that tumor malignancy might be accelerate by mitochondrial dysfunction. Next, the possibility of the suppression of tumor malignancy was examined through regulation by mitochondrial dysfunction. Under hypoxia, increased reactive oxygen species (ROS) can induce tumor angiogenesis by stabilization hypoxia-inducible factor-1 α (HIF-1α). In this study, melatonin, a small lipophilic molecule secreted primarily by the pineal gland, destabilized hypoxia-induced HIF-1α protein levels in the HCT116 human colon cancer cell line. This destabilization of HIF-1α resulted from the antioxidant activity of melatonin against ROS induced by hypoxia. Moreover, under hypoxia, melatonin suppressed HIF-1 transcriptional activity, leading to a decrease in VEGF expression. Melatonin also blocked in vitro tube formation and invasion and migration of human umbilical vein endothelial cells induced by hypoxia-stimulated conditioned media of HCT116 cells. These findings suggest that melatonin could play a pivotal role in tumor suppression via inhibition of HIF-1-mediated angiogenesis. Taken together, mitochondrial dysfunction plays an important role in the tumor malignancy and could be a novel therapeutic target to cancer therapy.
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