기존에는 방사선 요법은 효과에 비해 소화기 점막 궤양 등 부작용이 많다. 본 연구는 방사선의 작용을 모사하는 방사선 모사 미생물 유래 리보솜 스트레스 반응을 이용하여 방사선 치료의 한계를 대체할 기전적 방법을 모색하고자 한다. 암 치료의 평가를 위해서 대장암의 비균질적인 세포구성, 종양줄기세포 및 주위 미세환경 및 배양 기질 등의 상호작용을 고려할 수 있는 소화기암 스페로이드를 이용하였다. 대조군 대장암 스페로이드에 비해서 리보솜 스트레스하에서는 스페로이드 구조가 상대적으로 큰 군집을 형성하였다. 하지만 이는 구조 자체가 매우 섬긴 세포간 구성을 가진 스페로이드였으며 스페로이드 형성과정의 크기 수축은 대조군에 비해 매우 느리게 나타났다. 대조군은 강하게 뭉친 소규모 클러스트의 집합체가 최종적으로 스페로이드를 형성하여 물리적 손상을 받아도 단단한 소규모 클러스트는 유지되나 리보솜 스트레스 하에서는 물리적 손상에 의해 형태가 파손 후에는 스페로이드 형성이 거의 일어나지 않았다. 기전적으로 리보솜 스트레스 하에서 암세포의 군집하는 이동속도는 매우 느렸으며, 뭉치더라도 세포-세포간 접합부위가 상대적으로 적었다. 이 대장암 스페로이드를 이종 및 동종 이식을 통해 동물에서 증식 시 종양 조직 형성이 매우 억제되었으며, 형성이 되어도 세포-세포간 접합에 핵심단백질인 E-cadherin의 발현이 매우 감소 됨을 알 수 있었다. 결론적으로 방사선 모사 미생물 유래 리보솜 스트레스는 종양 스페로이드 세포 이동 및 접합을 저해하여 3차원 구조 형성 결함을 유발하였으며, 향후 방사선을 대체하여 약물적으로 방사선 항암효과를 구현하는 기반을 제공한다.
기존에는 방사선 요법은 효과에 비해 소화기 점막 궤양 등 부작용이 많다. 본 연구는 방사선의 작용을 모사하는 방사선 모사 미생물 유래 리보솜 스트레스 반응을 이용하여 방사선 치료의 한계를 대체할 기전적 방법을 모색하고자 한다. 암 치료의 평가를 위해서 대장암의 비균질적인 세포구성, 종양줄기세포 및 주위 미세환경 및 배양 기질 등의 상호작용을 고려할 수 있는 소화기암 스페로이드를 이용하였다. 대조군 대장암 스페로이드에 비해서 리보솜 스트레스하에서는 스페로이드 구조가 상대적으로 큰 군집을 형성하였다. 하지만 이는 구조 자체가 매우 섬긴 세포간 구성을 가진 스페로이드였으며 스페로이드 형성과정의 크기 수축은 대조군에 비해 매우 느리게 나타났다. 대조군은 강하게 뭉친 소규모 클러스트의 집합체가 최종적으로 스페로이드를 형성하여 물리적 손상을 받아도 단단한 소규모 클러스트는 유지되나 리보솜 스트레스 하에서는 물리적 손상에 의해 형태가 파손 후에는 스페로이드 형성이 거의 일어나지 않았다. 기전적으로 리보솜 스트레스 하에서 암세포의 군집하는 이동속도는 매우 느렸으며, 뭉치더라도 세포-세포간 접합부위가 상대적으로 적었다. 이 대장암 스페로이드를 이종 및 동종 이식을 통해 동물에서 증식 시 종양 조직 형성이 매우 억제되었으며, 형성이 되어도 세포-세포간 접합에 핵심단백질인 E-cadherin의 발현이 매우 감소 됨을 알 수 있었다. 결론적으로 방사선 모사 미생물 유래 리보솜 스트레스는 종양 스페로이드 세포 이동 및 접합을 저해하여 3차원 구조 형성 결함을 유발하였으며, 향후 방사선을 대체하여 약물적으로 방사선 항암효과를 구현하는 기반을 제공한다.
Radiation therapy has many side effects, such as digestive mucosal ulcers, without regard to its efficacy. The purpose of this study is to address an alternative method to replace the limitation of radiation therapy using radiomimetic microbial ribotoxins. In the evaluation of cancer therapy, we ana...
Radiation therapy has many side effects, such as digestive mucosal ulcers, without regard to its efficacy. The purpose of this study is to address an alternative method to replace the limitation of radiation therapy using radiomimetic microbial ribotoxins. In the evaluation of cancer therapy, we analyzed the formation of colorectal cancer (CRC) cell spheroids, which can take into account the heterogeneous cellular constitution, tumor stem cells, and the surrounding microenvironment. Ribotoxic stress interfered with the spheroid structure composed of relatively small clusters. Spheroids under ribotoxic stress were structurally sparse and their shrinkage was very slow. In the control group, the clusters of strongly aggregated cells were resistant to physical stress, but the ribotoxic stress-exposed spheroids were easily broken up by the physical stress. Moreover, the ribosome-insulted CRC cells slowly migrated to form clusters and the cell-cell junctional points in the ribosome-insulted spheroids were rarer than those in the control CRC spheroid. Moreover, levels of the cell-to-cell junctional protein E-cadherin were suppressed by ribotoxic stress in both allograft and xenograft spheroids. In conclusion, the radiomimetic microbial ribotoxins induced structural defects in CRC cell spheroids via retardation of migration and cell-cell junction in the formation of three-dimensional structures, and provides a basis for the mechanism of pharmacological radiomimetic anticancer actions as an alternate to radiotherapy against cancer.
Radiation therapy has many side effects, such as digestive mucosal ulcers, without regard to its efficacy. The purpose of this study is to address an alternative method to replace the limitation of radiation therapy using radiomimetic microbial ribotoxins. In the evaluation of cancer therapy, we analyzed the formation of colorectal cancer (CRC) cell spheroids, which can take into account the heterogeneous cellular constitution, tumor stem cells, and the surrounding microenvironment. Ribotoxic stress interfered with the spheroid structure composed of relatively small clusters. Spheroids under ribotoxic stress were structurally sparse and their shrinkage was very slow. In the control group, the clusters of strongly aggregated cells were resistant to physical stress, but the ribotoxic stress-exposed spheroids were easily broken up by the physical stress. Moreover, the ribosome-insulted CRC cells slowly migrated to form clusters and the cell-cell junctional points in the ribosome-insulted spheroids were rarer than those in the control CRC spheroid. Moreover, levels of the cell-to-cell junctional protein E-cadherin were suppressed by ribotoxic stress in both allograft and xenograft spheroids. In conclusion, the radiomimetic microbial ribotoxins induced structural defects in CRC cell spheroids via retardation of migration and cell-cell junction in the formation of three-dimensional structures, and provides a basis for the mechanism of pharmacological radiomimetic anticancer actions as an alternate to radiotherapy against cancer.
현재, 필요 성장인자 및 필수 영양분 등의 다양한 배양 배지 조성에 따른 다양한 생체 유사 스페로이드 배양세포들이 보고되어 있다. 본 연구에서는 대장암 세포주의 3차원 스페로이드 구조체를 대상으로 하여 방사선의 작용을 모사하는 방사선 모사 리보솜 스트레스 반응을 이용하여 종양 제어 효과를 검토하고자 한다. 특히 이들 대장암 스페로이드 형성 시 조직의 세포이동 및 세포간 구조의 변화를 파악하여 향후 방사선 치료의 한계를 극복하여 화학적 리보솜 스트레스 반응을 이용하여 암 치료 가능성을 평가하고자 한다.
가설 설정
Fig. 1의 구성을 바탕으로 느린 이동에 따른 느슨한 구조물이 형성 될 수 있다는 가설을 바탕으로 고배율과 스페로이드를 고정 염색하여 내부 구성을 자세하게 관찰하였다. 이들 클러스트를 높은 해상도의 관찰을 해보면 단위 면적 당 세포의 밀도를 정성적으로 볼 수 있다.
제안 방법
특히 이들 대장암 스페로이드 형성 시 조직의 세포이동 및 세포간 구조의 변화를 파악하여 향후 방사선 치료의 한계를 극복하여 화학적 리보솜 스트레스 반응을 이용하여 암 치료 가능성을 평가하고자 한다. 방사선을 동물에게 직접 노출하는 것은 동물 윤리 및 효율성 측면에서 문제를 안고 있기에 본 연구는 동물대체법으로서 3차원 대장암 세포 배양을 통한 대장암 세포 행동 및조직 패턴에 대한 영향을 평가하고자 한다.
본 연구에서는 대장암 세포주의 3차원 스페로이드 구조체를 대상으로 하여 방사선의 작용을 모사하는 방사선 모사 리보솜 스트레스 반응을 이용하여 종양 제어 효과를 검토하고자 한다. 특히 이들 대장암 스페로이드 형성 시 조직의 세포이동 및 세포간 구조의 변화를 파악하여 향후 방사선 치료의 한계를 극복하여 화학적 리보솜 스트레스 반응을 이용하여 암 치료 가능성을 평가하고자 한다. 방사선을 동물에게 직접 노출하는 것은 동물 윤리 및 효율성 측면에서 문제를 안고 있기에 본 연구는 동물대체법으로서 3차원 대장암 세포 배양을 통한 대장암 세포 행동 및조직 패턴에 대한 영향을 평가하고자 한다.
대상 데이터
85-23 revised 1996)에서 출판된 실험 동물의 사용 설명서에 따라 실시하였다. 6주된 수컷 BALB/c 누드 생쥐는 (Orient Bio Inc., Korea)에서 구입하였다. 실험에는 2 × 106개의 HCT-8 세포를 사용하였고 생 쥐의 왼쪽 측면에 이들 세포를 피하 주사하였다.
HCT-8 대장암 세포주는 American Type Culture Collection (ATCC, USA)에서 구입하였다. 세포주 배양은 10% 소 배아 혈청(fetal bovine serum, FBS), 5% 혼합 항생제(50 units/ml 페니실린, 50 mg/ml 스트렙토마이신)가 포함된 RPMI 1640(웰진, Korea) 배양액을 기본으로 5% CO2, 37℃ 항습 배양기에서 배양하였다.
데이터처리
두 그룹의 데이터를 비교하기 위해서, Student's t-test를 수행하였다. 다중 그룹을 비교하기 위해서, 데이터는 ANOVA을 적용하였다.
데이터는 SigmaStat for Windows (Jandel Scientific, USA)를 이용하여 분석하였다. 두 그룹의 데이터를 비교하기 위해서, Student's t-test를 수행하였다. 다중 그룹을 비교하기 위해서, 데이터는 ANOVA을 적용하였다.
이론/모형
모든 동물 실험은 동물 보호를 위한 제도적 지침과 미국 국립 보건연구소(NIH publication No. 85-23 revised 1996)에서 출판된 실험 동물의 사용 설명서에 따라 실시하였다. 6주된 수컷 BALB/c 누드 생쥐는 (Orient Bio Inc.
성능/효과
4A). 또한, 마우스 대장암 세포 CMT-93을 동종이식으로 주입할 경우 DON에 의한 리보솜스트레스를 받은 암세포는 세포 간극 접합 단백질 E-cadherin 발현양이 현격히 억제 되었음을 알 수 있었다(Fig. 4B). 이를 총괄적으로 보면 결국 리보솜스트레스에 의해서 대장암 스페로이드의 암세포 이동성이 감소하였으며, 추가적으로 세포간 접합도 상당부분 저해를 통하여 스페로이드의 기능성이 저해됨을 관찰되었다.
4B). 이를 총괄적으로 보면 결국 리보솜스트레스에 의해서 대장암 스페로이드의 암세포 이동성이 감소하였으며, 추가적으로 세포간 접합도 상당부분 저해를 통하여 스페로이드의 기능성이 저해됨을 관찰되었다. 2차원 상피성 대장암 배양 세포 기반 방사선 작용 모사 작용 평가에서 생체 내 환경을 고려한 암 모델링에 한계가 있고 암세포의 이동 및 접합의 구조적인 특성을 잘 나타낼 수 없으나, 3차원 배양 플랫폼 기반 약물 시험법 및 암 모델링 방법는 경제적이고 최적화된 대장암 스페로이드 세포 배양 방법에 기초하여 방사선 모사 리보솜 스트레스에 의한 대장 암조직의 3차원적 구조 형성 능력 및 접합에 대한 새로운 시각을 제시한다.
후속연구
결국 구조 및 세포 행동적 영향은 암의 근원적 병태 작용에 있어 매우 중요할 것으로 사료되며, 방사선 모사 리보솜 스트레스는 이들 3차원 구조 행위 병태를 차단하여 종양조절의 핵심적인 항암메카니즘으로 작용할 수 있다. 본 연구는 향후 암 줄기세포에 대한 새로운 평가를 제시하며 고형암의 방사선 치료에 대한 새로운 대안인 약물적 방 사선 모사 리보솜 저해제의 임상적 연구를 위한 기초로서 매우 유용한 정보를 제공한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
악성고형물인 종양의 특징은 무엇인가?
악성고형물인 종양은 암세포 주변의 미세환경 및 간질세포와의 상호작용을 통해 종양 특이 증식 및 생존 신호가 전달되는 복잡 계를 대표하는 비균질적 병태 구조물이다[1]. 특히 대장암은 다른 고형 암의 발병원인에 비해 유전적 요인보다는 산발적인 요인(sporadic factor)이 75%를 차지한다 [2−4].
종양 극복을 위해, 방사선의 특이적인 작용에 대한 암세포의 이해와 함께 필요한 지식은 무엇인가?
암 치료에 있어 방사선의 특이적인 작용에 대한 생물학적 이해는 이를 기반으로 효율적인 방사선 대체 치료연구에서도 매우 중요한 사안이다. 현대의 암 표적에 있어 암세포 자체와 함께 조직의 구조적인 형태, 종양 주변의 면역, 신경, 혈관 등의 미세 환경, 그리고 고형암 구성 조직의 비균질적인 특질도 종양을 극복하는데 매우 중요하다. 특히, 방사선이나 비선택적 화학치료제에 의한 악성종양조직의 종양개시세포(tumor-initiating cell)의 선택적 생존은 암조직의 자가 재생(self-renewal) 능력을 항진시키며 암의 재발과 전이, 내성의 핵심 세포 구성으로 인식되고 있다[5−7].
기존에는 방사선 요법의 부작용은 무엇인가?
기존에는 방사선 요법은 효과에 비해 소화기 점막 궤양 등 부작용이 많다. 본 연구는 방사선의 작용을 모사하는 방사선 모사 미생물 유래 리보솜 스트레스 반응을 이용하여 방사선 치료의 한계를 대체할 기전적 방법을 모색하고자 한다.
참고문헌 (29)
Allinen M, Beroukhim R, Cai L, Brennan C, Lahti-Domenici J, Huang H, et al. 2004. Molecular characterization of the tumor microenvironment in breast cancer. Cancer Cell 6: 17-32.
O'Brien CA, Pollett A, Gallinger S, Dick JE. 2007. A human colon cancer cell capable of initiating tumour growth in immunode-ficient mice. Nature 445: 106-110.
Ong CW, Kim LG, Kong HH, Low LY, Iacopetta B, Soong R, et al. 2010. CD133 expression predicts for non-response to chemotherapy in colorectal cancer. Mod. Pathol. 23: 450-457.
Du L, Wang H, He L, Zhang J, Ni B, Wang X, et al. 2008. CD44 is of functional importance for colorectal cancer stem cells. Clin. Cancer Res. 14: 6751-6760.
Huang EH, Hynes MJ, Zhang T, Ginestier C, Dontu G, Appelman H, et al. 2009. Aldehyde dehydrogenase 1 is a marker for normal and malignant human colonic stem cells (SC) and tracks SC overpopulation during colon tumorigenesis. Cancer Res. 69: 3382-3389.
Ricci-Vitiani L, Lombardi DG, Pilozzi E, Biffoni M, Todaro M, Peschle C, et al. 2007. Identification and expansion of human colon-cancer-initiating cells. Nature 445: 111-115.
Moon Y. 2011. Mucosal Injuries due to Ribosome-Inactivating Stress and the Compensatory Responses of the Intestinal Epithelial Barrier. Toxins 3: 1263-1277.
Maresca M, Fantini J. 2010. Some food-associated mycotoxins as potential risk factors in humans predisposed to chronic intestinal inflammatory diseases. Toxicon 56: 282-294.
Graziani F, Pujol A, Nicoletti C, Pinton P, Armand L, Di Pasquale E, et al. 2015. The food-associated ribotoxin deoxynivalenol modulates inducible NO synthase in human intestinal cell model. Toxicol. Sci. 145: 372-382.
Yoder JM, Aslam RU, Mantis NJ. 2007. Evidence for widespread epithelial damage and coincident production of monocyte chemotactic protein 1 in a murine model of intestinal ricin intoxication. Infect. Immun. 75: 1745-1750.
Islam Z, Gray JS, Pestka JJ. 2006. p38 Mitogen-activated protein kinase mediates IL-8 induction by the ribotoxin deoxynivalenol in human monocytes. Toxicol. Appl. Pharmacol. 213: 235-244.
Iordanov MS, Pribnow D, Magun JL, Dinh TH, Pearson JA, Chen SL, et al. 1997. Ribotoxic stress response: activation of the stress-activated protein kinase JNK1 by inhibitors of the peptidyl transferase reaction and by sequence-specific RNA damage to the alpha-sarcin/ricin loop in the 28S rRNA. Mol. Cell Biol. 17: 3373-3381.
Shifrin VI, Anderson P. 1999. Trichothecene mycotoxins trigger a ribotoxic stress response that activates c-Jun N-terminal kinase and p38 mitogen-activated protein kinase and induces apoptosis. J. Biol. Chem. 274: 13985-13992.
Park SH, Choi HJ, Yang H, Do KH, Kim J, Moon Y. 2010. Repression of peroxisome proliferator-activated receptor gamma by mucosal ribotoxic insult-activated CCAAT/enhancer-binding protein homologous protein. J. Immunol. 185: 5522-5530.
Zhou HR, Lau AS, Pestka JJ. 2003. Role of double-stranded RNA-activated protein kinase R (PKR) in deoxynivalenolinduced ribotoxic stress response. Toxicol. Sci. 74: 335-344.
Laskin JD, Heck DE, Laskin DL. 2002. The ribotoxic stress response as a potential mechanism for MAP kinase activation in xenobiotic toxicity. Toxicol. Sci. 69: 289-291.
Birgersdotter A, Sandberg R, Ernberg I. 2005. Gene expression perturbation in vitro--a growing case for three-dimensional (3D) culture systems. Semin. Cancer Biol. 15: 405-412.
Edmondson R, Broglie JJ, Adcock AF, Yang L. 2014. Threedimensional cell culture systems and their applications in drug discovery and cell-based biosensors. Assay Drug Dev. Technol. 12: 207-218.
Kim JB. 2005. Three-dimensional tissue culture models in cancer biology. Semin. Cancer Biol. 15: 365-377.
Choi HJ, Kim J, Do KH, Park SH, Moon Y. 2013. Prolonged NF-kappaB activation by a macrophage inhibitory cytokine 1-linked signal in enteropathogenic Escherichia coli-infected epithelial cells. Infect. Immun. 81: 1860-1869.
Fluckiger A, Dumont A, Derangere V, Rebe C, de Rosny C, Causse S, et al. 2016. Inhibition of colon cancer growth by docosahexaenoic acid involves autocrine production of TNF ${\alpha}$ . Oncogene 35: 4611-4622.
Howard A, Tahir I, Javed S, Waring SM, Ford D, Hirst BH. 2010. Glycine transporter GLYT1 is essential for glycine-mediated protection of human intestinal epithelial cells against oxidative damage. J. Physiol. 588: 995-1009.
Oh CK, Lee SJ, Park SH, Moon Y. 2016. Acquisition of chemoresistance and other malignancy-related features of colorectal cancer cells are incremented by Ribosome-inactivating stress. J. Biol. Chem. 291: 10173-10183.
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