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항암제 tubastatin A에 의한 생쥐 미성숙 난모세포의 성장과 발달에 미치는 효과
Effects of an Anti-cancer Drug, Tubastatin A, on the Growth and Development of Immature Oocytes in Mice 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.29 no.1 = no.225, 2019년, pp.105 - 111  

최윤정 (대구경북과학기술원 실험동물센터) ,  민계식 (경남과학기술대학교 생명과학대학 간호학과)

초록
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Histone deacetylase (HDAC)-6은 전사조절 및 세포질 내 다양한 단백질들과의 상호작용을 통하여 난소암의 유발에 관여한다. 최근, HDAC-6을 표적으로 하는 특이적 억제제를 활용하여 암세포의 신호전달경로를 차단함으로써 새로운 항암제로서의 개발을 모색하고 있다. 특히, 난소암 치료를 위한 화학요법에서는 생식세포에 미치는 영향이 하나의 중요한 난제가 될 수 있다. 그러나, HDAC-6 억제제가 난소암세포 이외의 생식세포에 미치는 영향에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 HDAC-6 억제제의 하나인 tubastatin A (TubA)가 생쥐의 난소 내 미성숙 난자에 미치는 영향을 RNA sequencing 분석을 통하여 검증하였다. 이러한 유전자 집합을 이용한 통계적 분석은 기존의 개별 유전자분석의 한계를 극복하여 대량의 생물학적 정보를 산출함으로써, 세포 내 신호전달경로와 같은 복잡한 생물학적 변화상태를 보다 더 광범위하고 민감하게 파악할 수 있을 뿐만 아니라 의미있는 결과의 도출에 도움을 줄 수 있다. Gene set enrichment analysis (GSEA) 결과, 세포주기와 감수분열의 조절 및 진행에 관여하는 gene sets의 발현이 germinal vesicle (GV)과 비교하여 TubA 처리군에서 대부분 감소되었다. 또한, ingenuity pathway analysis (IPA)를 통하여 TubA가 난모세포 내 p53 및 pRB의 발현을 증가시키고 CDK4/6 및 cyclin D의 발현을 감소시킬 뿐만 아니라, G2/M 단계의 DNA checkpoint 조절에 관여하는 유전자들의 발현을 증가시킴을 확인하였다. 이러한 결과는 TubA가 난소 내 미성숙 난자의 DNA 손상과 세포주기 관련 신호전달경로 유전자들의 발현변화를 유도함으로써, 세포주기의 중지와 세포사멸을 초래할 수 있음을 제시한다. 따라서, 특히 생식주기 이전의 난소암을 표적으로 하는 HDAC-6 억제제를 이용한 항암제의 개발에 있어 난소 내 미성숙 난자의 정상적인 성장과 발달을 위한 대안적 고려가 필요할 것으로 사료된다.

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In recent years, progress has been made in the search for the development of new anti-cancer agents by employing specific inhibitors of histone deacetylase (HDAC)-6 to block signal transduction pathways in cancer cells. This study examined the effects of tubastatin A (TubA), an HDAC-6 inhibitor, on ...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • RNA-seq를 이용한 전사체 분석의 장점은 대조군과 처리군 사이의 유전자 발현의 차이를 분석함으로써 생물학적 기전의 의미를 도출할 수 있는데 있다. 따라서, 본 연구에서는 HDAC- 6 억제제를 활용하여 난소암을 표적으로 하는 항암제의 개발 및 이의 임상적용에서 나타날 수 있는 부작용과 문제점을 생쥐를 대상으로 예측하여 향후 치료제 개발 시 고려해야 할 내용 및 연구방향을 제시하고자 한다.
  • 따라서, 본 연구에서는 난소암 치료에 사용되는 HDAC-6 억제제가 난소 내 미성숙 난자에 미치는 영향을 RNA sequencing (RNA-Seq) 분석 기법을 통해 검증하고자 하였다.
  • RNA-seq 분석은 특이적으로 발현하는 개별 유전자에 집중하는 대신, gene ontology와 같은 기능적인 분류 혹은 생물학적인 pathway에 초점을 맞춤으로써 결과적으로 RNA 발현에 대한 해석을 더욱 용이하게 한다. 특히, 본 연구에서는 다양한 gene sequencing 분석방법 중 TubA를 처리할 경우 어떠한 특이적 기능을 갖는 유전자 그룹이 영향을 많이 받는지 분석하기 위하여 GSEA와 IPA분석을 진행하였다. GSEA 분석에 대한 결과는 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
HDAC-6은 어떻게 암의 유발에 관여하는가? 이 가운데 특히 HDAC-6은 암을 포함한 다양한 질병의 치료에 적용될 수 있는 가능성이 부각되고 있으며[10], 최근에는 난소암 치료를 위한 활용가능성에 기대가 모아지고 있다[15]. HDAC-6은 핵 내 염색질의 remodeling을 통한 유전자의 전사조절에 관여할 뿐만 아니라, 세포질 내에서 HSP-90, cortactin, tubulin, dy-nein, p300, Bax 및 GRK2와 같은 다양한 단백질들과 상호작용함으로써 암의 유발에 관여하는 것으로 보고되고 있다[7]. 따라서, 최근 다수의 연구자들은 HDAC-6을 표적으로 하는 특이적이고 강력한 HDAC-6 억제제를 항암제로 개발하여 암세포의 신호전달경로를 차단함으로써 난소암을 포함한 다양한 암의 치료에 활용하기 위한 방법을 모색하고 있다.
HDAC은 어떤 것에 관여하는 효소인가? HDAC은 염색질의 구조 변경에 관여하는 효소이다[13]. HDAC의 정상적 기능이 방해될 경우, 세포주기의 정지, 혈관형성의 억제, 면역조절의 불활성화 및 세포사멸 유도 등이 유발되는 것으로 알려져 있다[5].
histone deacetylase 저해제가 암치료에 어떤 효과를 갖는가? 지난 수년간의 여러 연구를 통하여 germinal vesicle (GV)단계의 난모세포에 histone deacetylase (HDAC)-6의 선택적 저해제인 tubastatin (Tub)-A를 처리할 경우, 방추사 형성에 관여하는 mTOR와 actin 조립에 관여하는 mDia7의 발현이 감소되어 정상적인 발달과정을 거치지 못하며, 특히, 수정 후 제1차 극체의 형성이 되지 않는 것으로 보고되었다[21]. 최근의 임상시험을 통하여, HDAC 저해제가 초기 치료단계에서 암세포의 증식에 대한 억제효과를 나타내었을 뿐만 아니라[8], 특히 다른 항암제와의 병합투여 시 향상된 임상적 치료효과를 갖는 것으로 보고되고 있다[14]. 
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참고문헌 (21)

  1. Aguirre-Ghiso, J. A. 2007. Models, mechanisms and clinical evidence for cancer dormancy. Nat. Rev. Cancer 7, 834-846. 

  2. Bolden, J. E., Shi, W., Jankowski, K., Kan, C. Y., Cluse, L., Martin, B. P., MacKenzie, K. L., Smyth, G. K. and Johnstone, R. W. 2013. HDAC inhibitors induce tumor-cell- selective pro-apoptotic transcriptional responses. Cell Death Dis. 4, e519. 

  3. Chang, J. C. 2016. Cancer stem cells: Role in tumor growth, recurrence, metastasis, and treatment resistance. Medicine (Baltimore) 95, S20-S25. 

  4. Corney, D. C., Flesken-Nikitin, A., Choi, J. and Nikitin, A. Y. Role of p53 and Rb in ovarian cancer. Adv. Exp. Med. Biol. 622, 99-177. 

  5. Delcuve, G. P., Khan, D. H. and Davie, J. R. 2012. Roles of histone deacetylases in epigenetic regulation: emerging paradigms from studies with inhibitors. Clin. Epigenetics 4, 5. 

  6. Dong, Z., Yang, Y., Liu, S., Lu, J., Huang, B. and Zhang, Y. 2017. HDAC inhibitor PAC-320 induces G2/M cell cycle arrest and apoptosis in human prostate cancer. Oncotarget 9, 512-523. 

  7. Haakenson, J. and Zhang, X. 2013. HDAC6 and ovarian cancer. Int. J. Mol. Sci. 14, 9514-9535. 

  8. Halsall, J. A. and Turner, B. M. 2016. Histone deacetylase inhibitors for cancer therapy: An evolutionarily ancient resistance response may explain their limited success. Bioessays 38, 1102-1110. 

  9. Hervouet, E., Cheray, M., Vallette, F. M. and Cartron, P. F. 2013. DNA methylation and apoptosis resistance in cancer cells. Cells 2, 545-573. 

  10. Lernoux, M., Schnekenburger, M., Dicato, M. and Diederich, M. 2018. Anti-cancer effects of naturally derived compounds targeting histone deacetylase 6-related pathways. Pharmacol. Res. 129, 337-356. 

  11. Mottamal, M., Zheng, S., Huang, T. L. and Wang, G. 2015. Histone deacetylase inhibitors in clinical studies as templates for new anticancer agents. Molecules 20, 3898-3941. 

  12. Phi, L. T. H., Sari, I. N., Yang, Y. G., Lee, S. H., Jun, N., Kim, K. S., Lee, Y. K. and Kwon, H. Y. 2018. Cancer stem cells (CSCs) in drug resistance and their therapeutic implications in cancer treatment. Stem Cells Int. 2018, 5416923. 

  13. Shin, H. J., Baek, K. H., Jeon, A. H., Kim, S. J., Jang, K. L., Sung, Y. C., Kim, C. M. and Lee, C. W. 2003. Inhibition of histone deacetylase activity increases chromosomal instability by the aberrant regulation of mitotic checkpoint activation. Oncogene 22, 3853-3858. 

  14. Suraweera, A., O'Byrne, K. J. and Richard, D. J. 2018. Combination therapy with Histone Deacetylase Inhibitors (HDACi) for the treatment of cancer: Achieving the full therapeutic potential of HDACi. Front. Oncol. 29, 92. 

  15. Takai, N. and Narahara, H. 2010. Histone deacetylase inhibitor therapy in epithelial ovarian cancer. J. Oncol. 2010, 458431. 

  16. Tsuda, H., Yamamoto, K., Inoue, T., Uchiyama, I. and Umesaki, N. 2000. The role of p16-cyclin D/CDK-pRB pathway in the tumorigenesis of endometrioid-type endometrial carcinoma. Br. J. Cancer 82, 675-682. 

  17. Wang, X., Simpson, E. R. and Brown, K. A. 2015. p53: Protection against tumor growth beyond effects on cell cycle and apoptosis. Cancer Res. 75, 5001-5007. 

  18. Wilson, A., Laurenti, E., Oser, G., van der Wath, R. C., Blanco-Bose, W., Jaworski, M., Offner, S., Dunant, C. F., Eshkind, L., Bockamp, E., Lio, P., Macdonald, H. R. and Trumpp, A. 2008. Hematopoietic stem cells reversibly switch from dormancy to self-renewal during homeostasis and repair. Cell 135, 1118-1129. 

  19. Yoon, S. and Eom, G. H. 2016. HDAC and HDAC inhibitor: From cancer to cardiovascular disease. Chonnam. Med. J. 52, 1-11. 

  20. Yoon, S., Kim, S. Y. and Nam, D. 2016. Improving gene-set enrichment analysis of RNA-seq data with small replicates. PLoS One 11, e0165919. 

  21. Zhou, D., Choi, Y. J. and Kim, J. H. 2017. Histone deacetylase 6 (HDAC6) is an essential factor for oocyte maturation and asymmetric division in mice. Sci. Rep. 7, 8131. 

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