보고서 정보
주관연구기관 |
동의대학교 Dong-Eui University |
연구책임자 |
최영현
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2004-05 |
과제시작연도 |
2003 |
주관부처 |
과학기술부 |
사업 관리 기관 |
한국학술진흥재단 Korea Research Foundation |
등록번호 |
TRKO200900069765 |
과제고유번호 |
1350007874 |
사업명 |
지역대학우수과학자지원 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
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키워드 |
$\beta$-lapachone.인체암세포.세포분열주기조절.항암제개발.세포사멸.$\beta$-lapachone.human cancer cells.cell cycle.anti-cancer drug.apoptosis.
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초록
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$\beta$-lapachone (3,4-dihydro-2,2-dimenthyl-2H-napthol[1,2-b]pyran-5,6-dione)은 남미 지역에 널리 서식하는 lapacho (Tabebuia avellanedae)라는 나무의 수피에서 처음 동정된 천연 quinone계 물질의 하나로, DNA topoisomerase I 억제제로 알려져 있다. 현재 가장 널리 사용되고 있는 topoisomerase I 억제제인 camptothecin (CPT) 또는 그 유사물질과는 달리, 이 물질은 topoisomeras
$\beta$-lapachone (3,4-dihydro-2,2-dimenthyl-2H-napthol[1,2-b]pyran-5,6-dione)은 남미 지역에 널리 서식하는 lapacho (Tabebuia avellanedae)라는 나무의 수피에서 처음 동정된 천연 quinone계 물질의 하나로, DNA topoisomerase I 억제제로 알려져 있다. 현재 가장 널리 사용되고 있는 topoisomerase I 억제제인 camptothecin (CPT) 또는 그 유사물질과는 달리, 이 물질은 topoisomerase I-cleavable 복합체의 유도 없이 DNA topoisomerase I catalytic activity를 억제하는 것으로 알려져 있다. $\beta$ -lapachone은 anti-bacterial, anti-fungal, anti-trypanocidal 등을 포함한 많은 약리 학적 작용을 가지는 것으로 알려져 있는데, 이는 최근 연구에서 reactive oxygen species (ROS)의 생성과 연관성이 있는 것으로 보고된 바 있다. 최근 발표된 논문들에 의하면 $\beta$-lapachone은 몇 가지 종류의 암세포에서 성장을 억제시키고 apoptosis를 일으키는 것으로 보고된 바 있으나, 분자생물학적 기전은 거의 밝혀진 바 없다.
본 연구과제에서는 인간의 전립선 및 대장암세포를 이용하여 $\beta$-lapachone에 의한 암세포 성장의 억제와 apoptosis 유발과 연관된 유전자들의 상호작용을 조사하고자 한다.
본 연구과제에서는 ① $\beta$-lapachone에 의한 대장 및 전립선 암세포주를 포함한 각종 암세포의 성장억제 효과를 먼저 조사하고, ② 세포주기 checkpoint 관련 유전자들의 발현에 미치는 $\beta$-lapachone의 영향을 조사하며, ③ apoptosis 유발 기전 및 이와 연관된 단백질 분해기전의 해석, ④ 2차원전기영동에 의한 총 단백질 발현비교로 proteomics를 위한 자료 축적 등을 통하여 $\beta$-lapachone에 의한 암세포의 증식억제 및 apoptosis 유발에 관여하는 유전자들의 기능적 network을 구축하고자 한다.
또한 in vivo 실험을 통한 항암제 개발 가능성을 조사할 것이다
암세포에 $\beta$-lapachone의 처리에 의한 증식억제는 세포주기 진행의 G1 arrest와 연관성이 있었으며, 이때 pRB 단백질의 인산화 억제 및 Cdks 및 cyclin 단백질 자체의 변화 없이 Cdks/cyclin E-associated kinase 활성의 저하를 관찰할 수 있었다. $\beta$ -lapachone은 또한 Cdk inhibitor p21의 발현 및 p21 promoter의 활성을 p53 비의존적으로 증가시켰으며, 증가된 p21 단백질은 Cdk와 강하게 결합하고 있음을 확인하였다. 다양한 세포주에서의 $\beta$-lapachone에 의한 apoptosis 유발은 정상 p53 유전자를 가진 세포에서는 p53의 발현증가 혹은 인산화가 관찰되었으며, Bax 발현의 증가 /Bcl-2 발현의 감소, caspase의 활성화 등에 따른 표적 단백질 PARP, $\beta$-catanin, Rad51의 분해 등과 연관성이 있었다. 또한 $\beta$-lapachone 처리는 미토콘드리아에서 세포질로의 cyctochrome c의 유출, AIF 및 Bax 단백질의 미토콘드리아 내로의 전이 등도 관찰할 수 있었다. $\beta$-lapachone 처리는 핵 내 NF-kB 단백질의 발현 및 NF-kB-DNA binding activity를 현저하게 감소시켰으며, 이는 NF-kB-luciferase reporter의 활성 저하현상과 연관성이 있었다. $\beta$-lapachone은 또한 COX-2 선택적 발현 억제에 의한 PGE2 합성의 저해 및 hTERT의 발현 저하에 따른 telomerase 활성의 억제와 연관성이 있었다. 아울러 $\beta$-lapachone은 nude mice를 이용한 tumor의 성장 저해 효과를 가져왔으며, 이상의 결과들을 기초로 하여 $\beta$-lapachone의 구조에 기본을 둔 유도체를 합성하여 새로운 항암제 개발을 위한 장기적인 연구를 지속적으로 수행할 예정이다.
Abstract
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$\beta$-lapachone (3,4-dihydro-2,2-dimenthyl-2H-napthol[1,2-b]pyran- 5,6-dione) is a naturally occurring quinone obtained from the bark of the lapacho tree (Tabebuia avellanedae) native to South America. Unlike camptothecin and its related compounds, this compound acts as an inhibitor of
$\beta$-lapachone (3,4-dihydro-2,2-dimenthyl-2H-napthol[1,2-b]pyran- 5,6-dione) is a naturally occurring quinone obtained from the bark of the lapacho tree (Tabebuia avellanedae) native to South America. Unlike camptothecin and its related compounds, this compound acts as an inhibitor of DNA topoisomerase I catalytic activity without inducing topoisomerase I-cleavable complex. $\beta$-lapachone exhibits a number of pharmacological actions including anti-bacterial, anti-fungal, anti-trypanocidal and cytotoxic activities, which are linked to the formation of reactive oxygen species. More recent studies have shown that $\beta$-lapachone induces growth arrest and apoptotic cell death in susceptible target cells.
However, the molecular mechanisms of its anti-proliferative action and apoptosis on cell growth are not known completely. The aim of the present project is to further elucidate the possible mechanisms involved in $\beta$-lapachone-mediated growth inhibitory effect in human colon and prostate carcinoma cells.
$\beta$-lapachone arrested the cell cycle progression at the G1 phase, which effects were associated with inhibition pRB phosphorylation and the Cdks and cyclin E-associated kinase activity without changes of their expressions. $\beta$-lapachone induced the levels of Cdk inhibitor p21 expression and activated the reporter construct of a p21 promoter in a p53-independent manner. The apoptotic effects of $\beta$-lapachone in human prostate epithelial cells were associated with marked induction of p53 phosphorylation and Bax protein. Apoptosis by $\beta$-lapachone in HCT-116 cells was associated with a decrease in Bcl-2 expression, an increase in caspase-3 activity. After $\beta$-lapachone treatment, the nuclear protein levels of NF-kB and the activity of NF-kB-DNA binding were markedly decreased. $\beta$ -lapachone also inhibited the transcriptional activity of NF-kB-luciferase reporter plasmid. Exposure of $\beta$-lapachone resulted in the inhibition COX-2 expression, which was correlated with a decrease in PGE2 synthesis. $\beta$-lapachone treatment markedly inhibited the activity of telomerase in a dose-dependent fashion. and the expression of hTERT. $\beta$-lapachone treatment also reduced the growth of tumor in nude mice.
Overall, our results demonstrated a combined mechanism involving the inhibition of pRB phosphorylation and induction of p21 as targets for $\beta$-lapachone, and this may explain some of its anti-cancereffects. The present results also suggest that apoptotic signals evoked may converge caspases activation and inactivation of NF-kB. Taken together, these findings provide important new insights into the possible molecular mechanisms of the anti-cancer activity of $\beta$-lapachone. Now we will try to develop novel derivatives based on the structure of $\beta$-lapachone which can be used in preclinical study for the further development of anti-cancer drugs.
목차 Contents
- Ⅰ. 연구계획 요약문...3
- 1. 국문요약문...3
- Ⅱ. 연구결과 요약문...4
- 1. 국문요약문...4
- 2. 영문요약문...5
- Ⅲ. 연구내용...6
- 1. 서론...6
- 2. 연구방법 및 이론...7
- 3. 결과 및 고찰...12
- 4. 결론...18
- 5. 인용문헌...18
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