[보고서]세린 아미노산 생합성 경로의 암세포 대사 내 역할과 조절기전 규명

박윤정

[국가R&D연구보고서] 세린 아미노산 생합성 경로의 암세포 대사 내 역할과 조절기전 규명
Roles and Regulation of Serine biosynthetic pathway on Cancer metabolism 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	이화여자대학교 Ewha Womans University
연구책임자	박윤정
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2021-06
과제시작연도	2021
주관부처	교육부 Ministry of Education
연구관리전문기관	한국연구재단 National Research Foundation of Korea
등록번호	TRKO202100011522
과제고유번호	1345332405
사업명	개인기초연구(교육부)(R&D)
DB 구축일자	2022-04-30
키워드	세린.폐암.핵산 메틸화.아미노산 생합성.히스톤 변형 효소.Serine.Lung cancer.Nucleic acid methylation.Amino acid biosynthesis.EHMT2.

초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
세린 아미노산 생합성의 암세포 특이적 변화와 세포증식에 대한 역할을 밝히고, 이를 조절하는 분자적 기전을 규명하여 항암 표적으로서의 가능성을 제시하고자 함.

○ 전체 내용
[1차년] 세린 아미노산 생합성 활성과 암세포 증식 및 세포 사멸의 상관성 분석
- 임상자료 기반 세린 생합성 경로 활성과 암환자의 예후 상관성 분석
- 세포배양의 세린 생합성 관련 아미노산 조성변화에 따른 암세포 증식에 대한 영향 분석
- 세린 생합성 경로 활성 유도 암세포 모델의 암세포 증식 변화 측정
[2차년] 암세포 특이적 세린아미노산 생합성 조절에 대한 분자적 기전 규명
- EHMT2 활성 억제 암세포 모델의 세린/글라이신 아미노산 생합성 함량 분석
- EHMT2 활성 억제 암세포 모델을 이용한 세린 아미노산 대사 효소의 발현 분석
- EHMT2 활성 억제에 따른 아미노산 대사 효소의 발현 조절 기전 분석
[3차년] 암세포 특이적 콜레스테롤 생합성 경로 활성에 대한 비소세포 폐암 내 분자적 기전 규명
- EHMT2 활성 억제 암세포 모델을 이용한 콜레스테롤 생합성 경로 인자의 발현 분석
- EHMT2 활성 억제에 따른 콜레스테롤 생합성 인자의 발현 조절 기전 분석
- EHMT2 활성 억제 및 콜레스테롤 생합성 경로 변화의 조합을 통한 암세포 증식 및 세포사멸 상관성 규명

□ 연구개발성과
- 계획한 모든 세부목표를 100%로 달성함.
- 연구결과를 SCI 등재 저널 논문 7편과 KCI 등재 논문 2편을 발간하였으며, 이 중 4편의 SCI 논문과 2편의 KCI 논문은 단독사사논문이었음.

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
- 암세포 내 세린생합성 경로의 중요성 및 EHMT2 조절에 따른 암세포 특이적 대사 프로그래밍 변화를 분석하고 미세영양환경 및 후성유전학적 조절기전을 새롭게 밝힐 수 있음.
- 세린아미노산 대사의 암세포의 세포사멸 및 자가포식을 조절하는 아미노산 대사 및 후성유전학적 기전의 규명은 새로운 폐암치료 기전 개발에 기초자료를 제공할 것으로 사료됨.
- 불필수 아미노산 생합성 대사의 활성 및 유용성이 암세포 증식에 대해 미치는 영향을 보임으로서, 이후 세포 발달에 대한 지식의 진보 뿐 아니라, 치료 타켓을 위한 중개적 치료 연구에 적용가능한 학문적/과학적 증거를 제공할 수 있음.
- 암세포 특이적 세린 합성 변화와 핵산 메틸화 변화 분석을 통해 항암 표적 생체지표를 발굴함으로써 추후 암세포 대사 관련 암치료 연구에 활용 가능한 분자생물학적 지식과 기술적 기반을 제공함.
- 발병률이 높은 폐암에서 본 연구 결과의 활용은 새로운 암치료제 개발 및 미세영양 환경에 대한 추후 연구에 기초자료로 기여할 수 있으며, 의료비 절감 등 사회경제적 효과 및 국민 보건증진에 영향을 미치는 파급효과를 제공할 것으로 기대됨.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

표지 ... 1
요 약 문 ... 2
목차 ... 3
1. 연구개발과제의 개요 ... 4
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 6
1) 연구수행 결과 ... 6
4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 16
5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
6. 참고문헌 ... 17
끝페이지 ... 17

표/그림 (19)

표 폐암 환자의 생존률은 다른 효소의 발현과는 상관성이 없으며, SHMT1 발현과만 유의적 상관성이 존재함 , p=0.0075
표 폐암 샘플의 세린 생합성관련 효소 유전자 이상 (cBIOPORTAL- TCGA 데이터베이스), 유전자 변이는 매우 제한적이며 PSPH가 가장 높으나 5%에 머무름)
표 Proliferation rates in serine/glycine deprivation
표 EHMT2 expression in different types of lung cancer (Oncomine database) AD: Lung adenocarcinoma, LCLC: Large cell lung carcinoma, SCC: Squamous cell lung carcinoma
표 Genetic alterations of EHMT2 in cancer, TCGA
표 Serine and glycine concentration increased by BIX treatment, Quantitative LC-MS was performed to measure the concentration of serine and glycine in H1299 cells with or without 7.5 μM of BIX treatment. *p<0.05 against non-treated group
표 Proliferation rate depending on serine/glycine deprivation, Cell confluency were monitored by the IncuCyte Zoom live-imaging system. H1299 cells were treated with condition of serine/glycine and incubated in Incucyte system for 96 hr. COM: complete media containing both serine and glycine. –SG: serine and glycine deplete media, S: serine added to –SG, G: glycine added to –SG
표 Proliferation rate depending on serine/glycine deprivation in BIX treatment, Cell confluency were monitored by the IncuCyte. H1299 cells were treated with the indicated concn. of BIX and condition of serine/glycine for 96 hr. COM: complete media containing both serine and glycine. –SG: serine and glycine deplete media, S: serine added to –SG, G: glycine added to –SG
표 Distinct expression profiles in BIX-treated H1299 cell line using RNA sequencing and pathway analysis by Reactome. Reactome and Gene ontology (GO) biological process (BP) analyses of genes changed by 7.5 μM of BIX treatment in H1299 cells using Enrichr. Two Reactome pathways, “ATF4 activates genes” and “PERK regulates gene expression” were included in ER stress response, which is defined as an imbalance between protein folding demand and ER capacity leading to accumulation of misfolded proteins. Also, unexpectedly, cholesterol pathway was the top hit to be upregulated. It requires further investigation
표 Increased mRNA level of SSP-related genes by BIX, Expression of SSP-related genes, in BIX treated H1299. Each value is the mean ± SD. *p<0.05 against BIX 0μM treatment
표 Alteration of the ATF4 expression and its downstream pathway via EHMT2 inhibition, (A) The heatmap of the expression pattern of ER stress pathway related genes according to RNA sequencing of H1299 with or without 7.5 μM of BIX treatment. (B) Expression of ATF4 in BIX treated H1299. Each value is the mean ± SD. *p<0.05 against BIX 0μM (C) Expression of ER stress-related genes, DDIT3 and TRIB3, in BIX treated H1299. Each value is the mean ± SD. *p<0.05 against BIX non-treated group
표 Directly regulated ATF4 gene directly by EHMT2 inhibition (A) Schematic representation of the locations of PCR primers used for detecting the presence of transcripts throughout the ATF4 promoter. (B) % of input using H3K9me1 and H3K9me2 antibodies at the promoter of ATF4. IgG is indicated as negative control. *p<0.05 against BIX 0μM of each antibody
표 Decreased expression of DDIT3, TRIB3, and SSP-related genes via ATF4 silencing, Expression of SSP-related genes in H1299 with ATF4 silencing. Each value is the mean ± SD. *p<0.05 siCON versus siATF4 group
표 BIX-induced cell death not mediated by ATF4 (A) Expression of autophagy-related genes in BIX non-treated or 7.5 μM treated H1299. Each value is the mean ± SD. (B) MTT assay of H1299 treated BIX and siATF4 for 48 hr. Each value is the mean ± SD, based on siCON treated BIX non-treated group as 100%. *p<0.05 versus BIX non-treated group of siCON and #p<0.05 siCON versus siATF4 at each concentration
표 Induction of the cholesterol biosynthesis pathwsay by direct regulation of BIX, (A) Expressions of cholesterol biosynthesis related genes were presented with colored arrows, based on RNA sequencing data. A range of redness indicates a level of upregulation in the 7.5 μM BIX-trated group, as compared to non-treated group. (B) The expression pattern of cholesterol synthesis-related genes shown in heatmap according to RNA sequencing of H1299 with non-treatment or 7.5 μM of BIX treatment. Most of cholesterol biosynthesis related genes were significantly upregulated by EHMT2 inhibition, indicating that BIX-treatment promoted overall cholesterol biosynthesis pathway
표 Validation of cholesterol synthesis-related genes by qRT-PCR. Expression of cholesterol synthesis-related genes with BIX treatment. Each value is the mean ± SD. *p<0.05, BIX 0 μM versus BIX 7.5 μM
표 Directly regulated SREBF2 gene by EHMT2 inhibition, Schematic representation of the locations of PCR primers used for detecting the presence of transcripts throughout the SREBF2 gene. % of input using H3K9me1 and H3K9me2 antibodies at ATF4 promoter and gene locus. IgG is indicated as negative control. *p<0.05 against BIX 0μM of each antibody
표 25-HC treatment partially recovered decrease of cell viability upon EHMT2 inhibition, MTT assay was conducted in lysates of H1299 with BIX and 25-HC treatment, based on 0 μM of BIX　and 25-HC as 100%
표 Expression of the autophagy-related genes in BIX-and 25-HC-treated H1299 cells, The expression of autophagy-related genes was measured at mRNA and protein level. 25-HC treatment decreased the level of ATG5 mRNA and LC3B protein upon EHMT2 inhibition. (E, F) Data were normalized by the value of 0 μM BIX in each 25-HC treatment. (G) Relative intensities of LC3B-Ⅱ bands against a-tubulin were quantified and presented in the right panel. * p < 0.05 versus 0 μM BIX treatment. # p < 0.05 versus 2.5 μM 25-HC treatment

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