초록 ▼

연구의 목적 및 내용
최근 암화과정을 단순한 유전적 변이에 따른 세포변화이기보다는 새로운 환경 적응능과 유리한 표현형을 습득하는 세포의 리프로그래밍 과정이라 해석하고자 하는 시도가 있음. 이러한 암세포 리프로그래밍의 핵심에는 세포분열에 유리한 방향으로의 대사계 세팅을 유도하는 미토콘드리아 변화가 존재할 것으로 생각됨. 본 연구에서는 “NRF2에 의한 다양한 종양화 인자들의 변화가 미토콘드리아 대사계 변화를 통한 암세포 리프로그래밍에서 기인한 현상”일 가능성을 가설화하고 NRF2 활성이 미토콘드리아 대사계에 미치는 영향을 규명함

연구의 목적 및 내용
최근 암화과정을 단순한 유전적 변이에 따른 세포변화이기보다는 새로운 환경 적응능과 유리한 표현형을 습득하는 세포의 리프로그래밍 과정이라 해석하고자 하는 시도가 있음. 이러한 암세포 리프로그래밍의 핵심에는 세포분열에 유리한 방향으로의 대사계 세팅을 유도하는 미토콘드리아 변화가 존재할 것으로 생각됨. 본 연구에서는 “NRF2에 의한 다양한 종양화 인자들의 변화가 미토콘드리아 대사계 변화를 통한 암세포 리프로그래밍에서 기인한 현상”일 가능성을 가설화하고 NRF2 활성이 미토콘드리아 대사계에 미치는 영향을 규명함으로써 암세포 내 NRF2의 신호계 네트워크 및 기능을 새로운 시각에서 통합적으로 이해하고자 함.

연구결과
주요연구내용과 결과는 다음과 같음.
1) NRF2에 의한 암세포 대사계 변화 연구: 대장암-유방암 세포주 대상 연구를 통해 NRF2 억제
가 미토콘드리아 막전압과 ATP 수준을 감소시키며, 미토콘드리아 전자전달계 complex IV의 catalytic core subunit인 mitochondria-encoded cytochrome oxidase-1(MT-CO1)의 발현을 감소시킴을 규명함. 또한 이들 세포에서 AMPK 활성화가 지방산/스테롤합성 효소의 억제 및 포도당 사용 단백질의 증가를 포함한 대사계단백질 변화를 유발하여 에너지 사용을 제한하고 지방산 등 대체원료를 이용한 대사계로 재정비됨을 규명함.

2) 미토콘드리아 대사계 리프로그래밍에 관여하는 분자적 기전 연구: NRF2로 조절되는 miRNA 프로파일링과 신호경로분석을 통해 미토콘드리아 유전자 조절 기능의 miR-181c을 도출하고, NRF2 억제 암세포에서 증가한 miR-181c가 MT-CO1을 표적하고 감소시켜 미토콘드리아 막전압에 영향을 끼침을 규명함. 또한 NRF2 억제 암세포에서의 AMPK 활성화가 miR-181c을 경유함을 증명함.

3) NRF2 신호계에 의한 미토콘드리아 대사계 조절이 암세포 성장 및 악성 표형형 발현에 미치는 영향 연구: 암세포 악성화 리프로그래밍으로 생성되는 cancer stem cell(CSC)의 항암제저항성 및 스트레스저항성이 NRF2 활성화를 통해 획득됨을 암세포의 sphere 배양계 및 분리된 CSC 마커 발현 암세포에서 확인함.

4) 미토콘드리아-NRF2 상호조절 가능성 탐색: NRF2 억제 암세포에서 미토콘드리아 다이나믹스가 변화되며, 특히 itophagy 현상이 증가함을 관찰하고 그 분자적 기전으로서 miR-181c의 기여를 규명함.

5) 세포의 metabolic stress가 NRF2 신호계에 미치는 영향 연구: 미토콘드리아 스트레스 유발 Pba-photodynamic therapy(PDT)에 대한 암세포 반응성 결정인자로서 NRF2/BCRP alc cMET/PI3K 신호계의 기여를 규명함.

6) NRF2 조절을 통한 암세포 리프로그래밍 타겟 항암전략 수립: NRF2 선택적 억제가 AMPK 경로를 통한 암세포의 환경적응능 및 스트레스저항성을 야기함을 종양이식 마우스 모델에서 확인하고 NRF2/AMPK 경로의 이중적 제어가 암세포의 대사 리프로그래밍을 방해하는 효과적인 전략이 될 수 있음을 도출함.
→ 연구수행 성과: 8편의 SCI논문 발표, 2편의 SCI논문 투고 및 1건의 특허출원.

연구결과의 활용계획
세포의 암화과정에서 관찰되는 “세포분열을 선호하는 방향으로의 대사계 변화” 현상에 주목한 새로운 항암전략을 마련하려는 시도가 활발함. 따라서 본 연구에서 얻어진 NRF2의 miR-181c 및 MT-CO1 조절을 통한 미토콘드리아 기능 조절 그리고 AMPK 활성화를 통한 에너지사용을 제한하는 방향으로의 대사계 변환에 대한 규명은 암세포 생존전략 이해를 기반으로 하는 새로운 방향의 항암전략 도출을 가능케 할 것으로 기대됨. 또한 암세포 악성화 리프로그래밍 과정에서 NRF2의 활성이 증가하여 항암제저항성을 유발하며, 미토콘드리아 스트레스 유발 PDT 치료율이 NRF2 활성증가로 감소함을 증명한 일련의 결과들을 통해 NRF2 신호계가 새로운 항암 타겟으로 활용 가능함을 제시하고 있음. 이러한 결과는 암세포의 환경적응/저항성을 타겟화하고자 하는 항암의 새로운 방향성 정립에 중요한 기초적 자료로 활용될 수 있음.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
The metabolic reprogramming of cancer cells for anabolic glycolysis has been recognized as a novel factor contributing to oncogenesis by promoting cell proliferation. Our previous studies showed that KEAP1-NRF2 signaling, which is a mammalian stress defense system, is associated

Purpose&contents
The metabolic reprogramming of cancer cells for anabolic glycolysis has been recognized as a novel factor contributing to oncogenesis by promoting cell proliferation. Our previous studies showed that KEAP1-NRF2 signaling, which is a mammalian stress defense system, is associated with multiple oncogene signaling pathways, including ErbB2, HIF1α, and Mdm2, and thereby participates in cancer cell survival and chemoresistance. The current proposal was designed to investigated the potential role of KEAP1-NRF2 signaling in cancer cell metabolic reprogramming and aggressive cancer phenotype development.

Result
The major results are summarized following.
1) We revealed that NRF2 modulation in cancer cells (colorectal carcinoma and breast cancer cell lines) resulted in reductions in mitochondrial membrane potential (MMP) and cellular ATP contents, and repressed the level of mitochondria-encoded cytochrome c oxidase subunit 1 (MT-CO1).
2) Reduced MT-CO1 levels in NRF2-inhibited cancers led to the activation of AMPK signaling and subsequently metabolic alterations, including the inhibition in fatty acid/sterol biosynthetic enzymes and induction of glucose-utilizing proteins.
3) As underlying mechanisms, we elucidated that miR-181c was associated with MT-CO1 reduction and consequent changes such as MMP disturbance and AMPK activation.
4) AMPK activation in NRF2-inhibited cancers was shown to be an adaptive pathway: the inhibition of AMPK caused enhanced cell death and tumor growth retardation in NRF2-inhibited cancer cells as well as tumors.
5) In cancer reprogramming-induced cancer stem cells (CSC), NRF2 was activated and, as a consequence, the expression of ABC transporters was elevated; therefore, the inhibition of NRF2 suppressed the growth of sphere-cultured CSCs and further sensitized them to anticancer therapy.
6) The sensitivity of cancer cells to the mitochondria stress-inducing photodynamic therapy was determined by NRF2/BCRP and cMET/PI3K/BCRP signaling.

Expected Contribution
This approach will enable us to understand basic cancer biology focusing on cancer metabolism and NRF2, and to develop a novel anticancer strategy targeting NRF2-cancer reprogramming.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 11 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 14 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 32 5. 연구결과의 활용계획 ... 36 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 37 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 39 8. 참고문헌 ... 39 9. 연구성과 ... 41 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 48 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 48 12. 기타사항 ... 49별첨 ... 50끝페이지 ... 76