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L-carnitine에 의한 인간대장암세포주 증식억제 및 산화적손상 기전 규명
The Anti-Proliferation and Oxidative Damage-Related Mechanism of L-Carnitine in Human Colorectal Cancer Cells 원문보기

한국식품위생안전성학회지 = Journal of food hygiene and safety, v.34 no.3, 2019년, pp.303 - 308  

이주연 (강원대학교 의학과) ,  박정란 (바이오셀트란) ,  장애라 (강원대학교 동물생명과학과) ,  양세란 (강원대학교 의학과)

초록
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L-carnitine은 라이신메티오닌으로 생합성되며 골격근심근을 포함한 다양한 동물조직에서 발견된다. L-carnitine이 포함된 식품으로는 양고기, 소고기, 돼지고기 등이 있고 근육발달에 도움을 주며 뼈를 강화하거나 대사작용을 도와주는 기능을 하여 영양 보조제로 많이 섭취하는 것으로 알려져 있다. 최근 L-carnitine은 제 2형 당뇨병, 골다공증, 대사성 신경증후군 등의 다양한 질병의 약물로도 연구 되고 있으며 암에서는 치료 보조제로 개발되어있다. 하지만 대장암에서의 L-carnitine에 대한 효과 및 기전에 대해서는 명확하지 않고 연구된 바가 없기 때문에 본 연구에서 저자들은 L-carnitine의 효능을 인간대장암세포주 HCT116에서 규명하고자 하였다. L-carnitine은 세포 내 활성산소종 (ROS)를 높은 수준으로 증가시켜 세포 증식을 억제하였다. 또한, 세포 증식과 죽음에 관련한 단백질 ERK1/2와 p38을 유의적으로 활성화 시킨다는 것을 입증하였다. 이때, ERK1/2 억제제(PD98059)를 처치하여 ERK1/2의 활성화가 활성산소종 발생 및 세포사멸에 중요하다는 것을 밝혔다. 따라서, 본 연구 결과는 L-carnitine이 대장암세포주의 증식을 억제 할 수 있고 이는 대장암의 치료에 있어 잠재적인 치료 물질이 될 수 있음을 시사하며 이 과정에 관여하는 신호전달기전을 조사하여 항암의 치료기전에서 활성산소종이나 ERK1/2, p38 단백질의 활성화의 중요성을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

L-carnitine is found in high levels in muscle tissues. It has been developed as a nutrient and dietary supplement, and also used as a therapeutic supplement in various diseases including type II diabetes, osteoporosis and metabolic neuropathies. However, it is not fully understood how it affects cel...

주제어

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문제 정의

  • 따라서, 다양한 암 연구에서는 활성산소종의 발생을 비특이적으로 증가시킴으로써 암세포 증식을 억제할 수 있는 기전을 규명하기 위해 노력해왔고, 실제로 많은 항암제는 활성산소종을 증가시켜 암세포를 억제한다는 특징이 있다16,18). 따라서 본 연구에서는, 대장암세포주에서 L-carnitine에 의하여 활성산소종의 발현에 대하여 분석하기 위하여 DCFDA 염색법을 수행하여 발현도를 조사하였다. DCF-DA는 활성산소종을 검출할 수 있는 염색 탐침으로, 활성산소종을 측정 할 수 있는 분석법이다19).
  • 하지만, 위 논문들에 서는 L-carnitine에 의한 세포사멸 과정에 관여하는 생리적 변화 혹은 신호전달기전에 대해서는 규명하지 않았다. 본 연구 논문에서는 L-carnitine이 대장암세포주의 세포 증 식을 효과적으로 억제하는 과정에서 활성산소종의 과도한 생성이 일어나고 이 때 ERK1/2 신호전달기전이 관련한다는 것을 증명함으로써 L-carnitine의 항암 기능에 대한 가능성을 제시하였다
  • 최근 연구보고에 따르면 L-carnitine은 ERK1/2 신호전달기전을 경유해 골 형성 관련 유전자의 발현을 증가시킴으로 인간 골아 유사 세포의 분화를 촉진하고, 추가로 제브라피시 배아에서는 L-carnitine이 케타민에 의해서 낮아진 ERK1/2 단백질의 활성을 증가시키며 이 신호전달기전에 의하여 낮아진 심박수가 정상으로 회복된다는 것을 ERK1/2 억제제를 통하여 규명하였다23). 본 연구에서도 마찬가지로 L-carnitine 에 의해 높아진 ERK1/2 및 p38의 활성이 실제로 인간대 장암세포주의 세포 사멸이나 활성산소종을 유도하는지 알아보기 위하여 ERK1/2 억제제(PD98059), p38 억제제(SB202190)를 사용하여 ERK1/2 및 p38이 억제되었을 때 L-carnitine이 활성산소종을 증가시키지 못하는지 조사하였다(Fig. 3B).
  • 추가로, Bangxing Hong연구팀은 유방암에서 p38이 치료 기전이 될 수 있다는 것을 밝혔고 이 과정에서 활성산소종이 관여한다고 보고했다22). 본 연구팀은 인간대장암세포주에서 L-carnitine이 어떤 신호전달기전을 통하여 세포사멸 및 활성산소종을 발생시키는지 궁금하였기에 L-carnitine 처치에 따른 ERK1/2 및 p38의 단백질 활성에 대하여 조사하였다. L-carnitine 처치에 의하여 인간대장암세포주에서 ERK1/2 와 p38의 인산화가 촉진되는 것을 확인하였다(Fig.
  • 최근 L-carnitine은 제 2형 당뇨병, 골다 공증, 대사성 신경증후군 등의 다양한 질병의 약물로도 연구되고 있으며 암에서는 치료 보조제로 개발되어있다. 하지만 대장암에서의 L-carnitine에 대한 효과 및 기전에 대해서는 명확하지 않고 연구된 바가 없기 때문에 본 연구에서 저자들은 L-carnitine의 효능을 인간대장암세포주 HCT116에서 규명하고자 하였다. L-carnitine은 세포 내 활 성산소종 (ROS)를 높은 수준으로 증가시켜 세포 증식을 억제하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
암세포의 특징은? 현대 의학에서 특정 지표를 표적 할지라도 다른 조직에서 내성을 획득하게 됨으 로써 여전히 대장암에 의한 사망률은 높아지고 있기 때문에 이를 억제할 수 있는 효과적인 치료법의 개발이 요구 되고 있다. 암세포의 특징 중 하나는 무한 증식할 수 있다는 것인데, 제한적이지 않은 세포 증식은 일반적인 조직 세포 들의 순수한 기능을 방해할 뿐만 아니라 다른 조직에 전이 되어 증식할 수 있다3). 암 환자에서, 특정 암세포의 전이는 치료가 어려울 뿐 아니라 예후가 좋지 못하기 때문에 암세포의 증식 억제가 항암 기전 연구에 있어서 가장 중요한 과제가 될 수 있다.
지방 분해에 있어 L-carnitine의 기능은? L-carnitine은 라이신과 메티오닌에 의하여 생성되는 효소로 동물의 골격근 또는 심근을 포함하는 다양한 조직에 존재한다5 . 이는 지방 분해 과정에 있어 지방산을 미토콘드리 아로 옮기고 지방산을 분해함으로써 에너지를 생성해내는 물질로 근육 조직을 강화하는데 효과적이다6). L-carnitine이 가장 많이 들어있는 식품은 양고기로 100 g 당 209 mg 이상 함유되어 있다고 알려져 있으며 소고기가 대략 60g/100 g정도로 그 뒤를 잇는다7).
L-carnitine이란 무엇인가? L-carnitine은 라이신과 메티오닌에 의하여 생성되는 효소로 동물의 골격근 또는 심근을 포함하는 다양한 조직에 존재한다5 . 이는 지방 분해 과정에 있어 지방산을 미토콘드리 아로 옮기고 지방산을 분해함으로써 에너지를 생성해내는 물질로 근육 조직을 강화하는데 효과적이다6).
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참고문헌 (26)

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  2. Oh, C.M., Won, Y.J., Jung, K.W., Kong, H.J., Cho, H., Lee, J.K., Lee, D.H., Lee, K.H.: Cancer Statistics in Korea : Incidence, Mortality, Survival, and Prevalence in 2013. Cancer Res Treat, 48, 436-450 (2016). 

  3. Lee, J., Park, J.R., Lee, H., Jang, S., Ryu, S.M., Kim, H., Kim, D., Jang, A., Yang, S.R.: L-carnosine induces apoptosis/cell cycle arrest via suppression of NF-kappaB/STAT1 pathway in HCT116 colorectal cancer cells. In Vitro Cell Dev Biol Anim, 54, 505-512 (2018). 

  4. Jang, S., Lee, J., Ryu, S.M., Lee, H., Park, J.R., Kim, H.J., Kim, D.W., Jang, A, Yang, S.R.: Effect of coenzyme Q10 via nitric oxide production and growth arrest of human colon cancer HCT116 cells. J. Prev. Vet. Med., 41, 59-65 (2017). 

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  24. Roscilli, G., Marra, E., Mori, F., Di Napoli, A., Mancini, R., Serlupi-Crescenzi, O., Virmani, A., Aurisicchio, L., Ciliberto, G.: Carnitines slow down tumor development of colon cancer in the DMH-chemical carcinogenesis mouse model. J Cell Biochem, 114, 1665-1673 (2013). 

  25. Park, S.J., Park, S.H., Kim, J.O., Kim, J.H., Park, S.J., Hwang, J. J., Jin, D.H., Jeong, S.Y., Lee, S.J., Kim, J.C., Kim, I., Cho, D.H.: Carnitine sensitizes TRAIL-resistant cancer cells to TRAIL-induced apoptotic cell death through the up-regulation of Bax. Biochem Biophys Res Commun, 428, 185-190 (2012). 

  26. Hathcock, J.N., Shao, A.: Risk assessment for carnitine. Regul Toxicol Pharmacol, 46, 23-28 (2006). 

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