Anticancer Effect of NAG-1/GDF15 and its Therapeutic Implication = NAG-1/GDF15의 항암 효과와 치료적 적용

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

NAG-1, also known as GDF15, is a stress-induced gene involved in various health conditions and diseases. Unlike in other conditions where NAG-1 offers protective effects during disease progression, it displays both pro-cancer and anticancer activities in cancer. This study focuses on elucidating the specific mechanisms by which NAG-1 exerts its anti-tumorigenic effects.
To investigate how NAG-1 suppresses cancer cell growth, I found that NAG-1 inhibits β-catenin and NF-κB activity in colorectal cancer. This effect is associated with NAG-1’s interaction with EpCAM. NAG-1 binds to EpCAM and inhibits its maturation, thereby blocking EpCAM’s oncogenic activity. Further analysis of public data suggests that NAG-1 may serve as a prognostic marker.
To enhance NAG-1’s anticancer activity, I developed a peptide corresponding to the nuclear localization signal (NLS) of NAG-1. Transfection with this NLS peptide led to the accumulation of NAG-1 inside cells and the induction of apoptosis. Additionally, the peptide enhanced the efficacy of other anticancer agents, indicating its potential as a therapeutic adjuvant.
In conclusion, this study demonstrates that NAG-1 has anticancer activity and represents a promising target for cancer therapy. It may also serve as a valuable prognostic marker. Further research is needed to refine NAG-1-based treatments and optimize their delivery for clinical application.

국문 초록 (Abstract)

NAG-1은 GDF15로도 알려져 있으며, 다양한 생리적 상태와 질병에 관여하는 유전자이다. 다른 질환에서는 NAG-1이 질병 진행 과정에서 신체를 보호하는 역할을 하는 반면, 암에서는 종양을 촉진하기도 하고 억제하기도 하는 이중적인 작용을 보인다. 본 연구는 NAG-1이 항암 효과를 발휘하는 구체적인 기전을 밝히는 데 중점을 두고 있다.
본 연구에서 NAG-1은 세포 내에서 대부분 전구체(pro-form) 형태로 존재하며, 이 전구체만으로도 항암 활성을 나타낼 수 있음을 확인하였다. NAG-1의 과발현은 β-catenin과 NF-κB의 활성을 감소시켰다. NAG-1이 암세포 성장을 조절하는 구체적인 기전을 밝히기 위해 phage display screening을 수행한 결과, NAG-1이 β-catenin과 NF-κB 신호 경로를 자극하는 종양 유발 단백질인 EpCAM과 결합할 수 있음을 확인하였다. NAG-1은 EpCAM과의 상호작용을 통해 EpCAM의 성숙과 핵 내 이동을 억제하였다. NAG-1의 과발현은 세포 실험 및 동물 실험 모두에서 EpCAM에 의한 종양 유발 활성을 차단하였다. 또한, 암 환자 데이터를 분석한 결과, NAG-1이 암 치료의 예후 마커로 활용될 수 있음을 시사하였다.
NAG-1의 항암 활성을 치료에 활용하기 위해, NAG-1의 핵 이동 신호(NLS, Nuclear Localization Signal)에 해당하는 새로운 펩타이드를 개발하였다. 해당 펩타이드는 세포 내로 침투하여 세포 내에 머무를 수 있음을 확인하였다. 세포에 NLS 펩타이드를 도입하자, NAG-1이 세포질에 축적되는 현상이 관찰되었고, 이는 미토콘드리아 막 전위 감소를 포함한 항암 효과로 이어졌다. 또한, NLS 펩타이드는 항암 화합물과 병용 시 그 효과를 향상시켜 치료 보조제로서의 가능성을 보여주었다.
본 연구를 시작하면서, NAG-1이 두 가지 방식으로 항암 활성을 나타낼 수 있다고 가정하였다. 마치 항생제가 정균작용과 살균작용을 동시에 가지는 것처럼, NAG-1은 암세포의 성장을 억제할 뿐만 아니라 암세포 사멸도 유도할 수 있을 것이라 생각하였다. 이번 연구에서는 NAG-1이 β-catenin과 NF-κB 활성을 억제하여 암세포 증식을 억제함을 입증하였다. 향후에는 NAG-1이 암세포 사멸을 어떻게 유도하는지에 대한 구체적인 기전을 규명할 필요가 있다. NAG-1 NLS 펩타이드가 미토콘드리아 막 전위를 감소시킨다는 점에서, NAG-1에 의한 세포 사멸은 내재성 세포사멸 경로를 통해 일어날 가능성이 있다.
한편, 전구체 형태의 NAG-1은 항종양 활성을 보이는 반면, 성숙 형태의 NAG-1은 오히려 종양을 촉진할 수 있기 때문에, NAG-1 발현을 유도하는 약물 개발 시에는 신중한 접근이 필요하다. 세포 내에서 pro-NAG-1을 유도하면 동시에 성숙한 NAG-1이 세포 밖으로 분비되어 암의 예후를 오히려 악화시킬 수 있기 때문이다. 이와 관련하여, 퀘르세틴(quercetin)은 세포 내에서 pro-NAG-1을 유도함과 동시에, NAG-1의 성숙을 담당하는 효소인 PCSK를 억제하여 세포 외에서 pro-NAG-1 대비 mature NAG-1의 비율을 감소시킨다는 점에서 주목할 만하다. 향후에는 NAG-1 발현을 유도하면서 동시에 PCSK를 억제할 수 있는 천연 또는 합성 화합물을 발굴하기 위한 스크리닝 접근이 새로운 항암 치료제 개발에 있어 유망할 것이다.
결론적으로, NAG-1은 EpCAM 및 관련 신호 경로를 억제함으로써 암세포의 성장을 저해하고, 예후 마커로서의 가능성도 가진다. NAG-1 NLS 펩타이드를 세포 내로 도입한 결과 항암 활성이 확인되었으며, 이는 새로운 암 치료 보조제로 활용될 수 있음을 시사한다. 이러한 점에서 NAG-1은 암 치료제 개발을 위한 유망한 표적이 될 수 있으며, 향후 연구에서는 NAG-1 기반 치료제의 최적화와 전달 메커니즘에 초점을 맞춤으로써 보다 효과적이고 표적화된 암 치료 전략으로 이어질 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• List of Abbreviation iii
• Table of Contents v
• List of Figures vii
• List of Tables ix
• Chapter 1. Introduction 1
• Chapter 2. NAG-1 Suppresses β-catenin and NF-κB Activity via Inhibition of EpCAM 24
• Chapter 3. Competitive Inhibition by NAG-1/GDF15 NLS Peptide Enhances its Anticancer Activity 85
• Chapter 4. Conclusion 105
• Bibliography 107
• 국문초록 119
• 감사의 글 123