초록 ▼

연구의 목적 및 내용
NRF2 시스템은 다양한 항산화 기능의 유전자 발현을 조절함으로써 산화적 스트레스와 같은 내·외인성 스트레스 하에서 세포가 적응하고 손상을 막아 건강한 생명현상을 유지하도록 하는 핵심적 인자임. 따라서 NRF2 시스템의 적절한 조절은 환경성 인자로 인한 암화를 예방하고 다양한 산화적 스트레스 관련 질환들의 제어에 효과적인 것으로 보고됨. 그러나 최근 연구지들의 결과는 NRF2 시스템이 세포 암화 및 종양 성장 과정에서 변화되고, 그로 인해 오히려 암화를 촉진할 수 있음을 보여줌. 본 제안서는 선과제의 수

연구의 목적 및 내용
NRF2 시스템은 다양한 항산화 기능의 유전자 발현을 조절함으로써 산화적 스트레스와 같은 내·외인성 스트레스 하에서 세포가 적응하고 손상을 막아 건강한 생명현상을 유지하도록 하는 핵심적 인자임. 따라서 NRF2 시스템의 적절한 조절은 환경성 인자로 인한 암화를 예방하고 다양한 산화적 스트레스 관련 질환들의 제어에 효과적인 것으로 보고됨. 그러나 최근 연구지들의 결과는 NRF2 시스템이 세포 암화 및 종양 성장 과정에서 변화되고, 그로 인해 오히려 암화를 촉진할 수 있음을 보여줌. 본 제안서는 선과제의 수행과정 중에서 발견된 흥미로운 결과들을 바탕으로 세포암화 및 종양화에서 NRF2 시스템의 변화 및 기능을 심도 있게 연구하고자 계획됨. 또한 조직 및 세포 특이적 NRF2 시스템의 변화 및 역할을 사람의 세포를 대상으로 규명함으로써 조직별 환경성 인자에 대한 감수성을 예측하도록 하는 자료를 구축하는데 이용하고자 함. 이러한 과정에서 개인별 NRF2-KEAP1 시스템의 변이 가능성을 함께 검색함으로써 환경 독성 및 발암성 감수성 위험군을 판별하기 위한 근거 자료로도 이용하고자 함. 상기 최종목표를 위해 다음과 같은 세부 목표 및 연구 내용을 제안함: 1) 인간의 조직-세포 유형별 NRF2 조절 유전자 및 위존성 유발 인자를 규명하고 조직 특이적 NRF2 시스템의 기능 연구, 2) 암세포 유형별 NRF2 조절 유전자 규명 및 관련 인자 규명/기능 연구, 3) 암세포에서 NRF2 시스템과 타 신호계와의 상호 연계성 연구, 4) 암화-종양화 조절 방법의 개발을 통한 암화 조절 연구
연구결과
1) NRF2 신호계는 항암제 내성발달에 관여함.
▶ 다양한 암세포주를 이용한 연구에서 항암제 내성을 가지는 세포주가 높은 NRF2 활성을 가지며, NRF2 발현억제가 하위 인자들의 발현감소를 통해 세포독성 함암제에 대한 감수성을 증가시킴.
▶ Doxorubicin에 대한 후천적내성 발달과정에서 NRF2 경로의 활성화과 관렴됨.
2) NRF2-KEAP1 신호계는 암세포 내 종양화 관련 신호계와 긴밀히 연계됨.
▶ 대장암세포에서 NRF2 발현의 억제는 미토콘드리아 기능 변화를 통해 저산소 반응성 HIF1a 활성을 억제하고 종양 혈관신생을 막음.
▶ 난소암세포주 및 유방암세포주에서 NRF2 발현의 억제는 oncogene ErbB2 발현을 억제하여 세포성장을 저해하고, docetaxel 항암요법에 대한 세포자사멸 반응을 증가시킴.
▶ Oncogene Mdm2의 발현은 NRF2에 의해 조절되며, NRF2 발현의 억제세포에서 Mdm2 발현의 감소와 그에 따른 p53 단백질의 축적을 유도함.
3) Aldoketo reductase(AKR) 효소군은 인간세포에서 대표적인 NRF2 하위유전자임.
▶ 인간의 정상세포를 대상으로 한 약물학적/유전적 NRF2 활성화 시도에서 AKRIC1/2 및 AKR1B10이 높은 유도능을 가진 대표적인 NRF2 하위유전자임을 밝힘.
▶ AKR의 발현은 혈액세포에서도 NRF2에 의존적으로 조절되며, 화학물질 유도제 처치에 의해 높은 유도발현능을 보임을 확인.
▶ NRF2 과활성 암세포주의 AKR 과발현에 근거 종양의 항암제 감수성을 예측마커로서의 응용 가능성 제시.
4) 그 외: ▶ 환경성 나노물질인 나노은에 의한 세포자사멸 및 성장억제는 NRF2에 의해 조절됨.
▶ 췌장세포에서 NRF2에 의한 proteasome 발현조절은 ER 스트레스 방어에 중요함.
연구결과의 활용계획
▶ NRF2 신호계가 관여하는 항암약물감수성 조절효과와 종양화 신호계와의 연계성 연구결과는 최근의 세계적 연구경향과 함께 암화과정에서의 NRF2 기능의 양면성을 보여줌. 이러한 암세포생리에 대한 기초적 연구자료는 암화 및 종양성장 제어방법의 도출과 새로운 항암요법의 개발을 위한 중요한 활용도를 가짐.
▶ 특히 NRF2 매개 약물내성 제어가 특정약물이 아닌 광범위 항암제에 대한 감수성증가를 유도할 가능성을 상기할 때, NRF2 신호계는 항암제내성 제어를 위한 신규하고도 유효한 타겟으로 활용될 수 있음.
▶ 암세포 내 신호계 변화에 대한 NRF2 시스템의 역할 규명연구는 산소-산화적 스트레스 반응성 신호계 사이의 상호 네트워크에 대한 이해를 증진시키고, 암화과정에서 동반되는 세포의 리프로그래밍에 대한 근본적 단서를 제공함. 이는 최근 암화과정을 단순한 유전적변이에 따른 세포변화이기보다는 새로운 환경 적응성과 유리한 표현형을 습득하는 세포의 리프로그래밍 과정이라 해석하고자 하는 최근의 시도에 비추어, 중요한 활용점과 심도있는 연구의 필요성을 제기함.
▶ 또한 인간세포 특이적 NRF2 하위유전자 규명연구는 암화 및 환경성 위해인자에 대한 조직별 위험성을 예측하고, 위험군 판별을 위한 바이오 마커 확립을 위한 기초 정보로 사용될 수 있음.
▶ 즉 본 연구는 NRF2-KEAP1 시스템의 기능 및 조절에 대한 폭넓은 이해를 제공하고, 암화조절 및 예방을 위한 중요한 파급효과를 가질 것으로 확신함.

Abstract ▼

Purpose&contents
The NRF2 system defends cells from various endogenous/erogenous stresses by regulating multiple antioxidant genes and plays a pivotal role in maintaining cellular homeostasis in healthy condition. Therefore, modulation of the NRF2 system is beneficial to cells by preventing carci

Purpose&contents
The NRF2 system defends cells from various endogenous/erogenous stresses by regulating multiple antioxidant genes and plays a pivotal role in maintaining cellular homeostasis in healthy condition. Therefore, modulation of the NRF2 system is beneficial to cells by preventing carcinogenesis and tissue toxicities mediated by environmental stress. However, obtained evidence indicates that this system can be altered during the carcinogenesis process and these changes are often associated with tumor growth facilitation, chemoresistance and sometimes, tumor angiogenesis. This study was designed to elucidate the dual roles of the NRF2 system in cancer and to provide information for controlling carcinogenesis and tumor growth.
Result
1) The NRF2 system is associated with cancer cell resistance to anticancer therapy.
▶ Cancer cells with elevated NRF2 target genes are refractory to anticancer toxicity and apoptosis.
▶ The NRF2 system plays a role in the development of acquired resistance to chemotherapeutic agents such as doxorubicin.
2) The NRF2 system is deeply integrated with cancer cell signaling.
▶ The knockdown of NRF2 in colon cancer cells represses HIF1α activation under hypoxic condition, and thereby inhibits tumor angiogenesis and tumor growth.
▶ The expression of oncogene ErbB2 is suppressed by genetic inhibition of NRF2 in ovarian and breast cancer cells. This is associated with cell cycle arrest and tumor growth retardation.
▶ The NRF2 system is negatively linked to Mdm2 expression. Therefore, knockout or knockdown of NRF2 results in Mdm2 suppression and further p53 activation in human cancer cells.
3) Aldoketo reductases (AKRs) 1C1/2 and 1B10 are highly inducible human genes which is tightly regulated by NRF2 in normal as well as in cancer cells. In particular, the expression level of AKR1C1/2 in peripherally available blood cells can be used as NRF2 marker genes to predict cellular sensitivity to environmental toxicity.
4) Cancer cells with constitutive activated NRF2 system harbor high levels of AKRs, suggesting the possible utility of AKRs as a biomarker of chemoresistance and cancer cell refractoriness.
5) The NRF2 system determines cellular sensitivity to nanosilver-mediated DNA damage, cell cycle arrest, and further apoptosis.
6) The NRF2 system is a sensitivity determination factor in ER stress condition by regulating proteasome expression and function.
Expected Contribution
The major outcome of this study is the identification of the dual roles of the NRF2 system in carcinogenesis and tumorigenesis of human cells. We have provided insights into the molecular networks between NRF2 and oncogenic signaling pathways as well as angiogenic pathway, which reveals a critical role of NRF2 in cancer cell physiology. Obtained results enabled us to develop tissue-specific biomarkers AKRs for the prediction of populations in high risk group, which are susceptible to environmental stress-mediated toxicity, carcinogenesis and oxidative stress-associated diseases. Furthermore, obtained new insight into cancer cell physiology and signaling will reveal the novel way to control carcinogenesis and tumor growth.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 14
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 16
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 48
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 50
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 52
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 53
• 8. 참고문헌 ... 53
• 9. 연구성과 ... 55
• 10. 기타사항 ... 61
• [별첨1] 대 표 연 구 성 과 ... 62