Inhibition of Energy Metabolism by Toxoplasma gondii GRA16 in Colorectal Cancer Cells = 톡소포자충 과립 단백질 16(GRA16)에 의한 대장암 세포 에너지 대사 억제

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Toxoplasma gondii (T. gondii) is a globally distributed obligate intracellular protozoan with high seroprevalence, particularly in tropical and subtropical regions. It has evolved diverse molecular mechanisms to manipulate host cellular signaling for its survival. Recent studies have highlighted the potential of its effector proteins as bioactive molecules with therapeutic value beyond parasitology. In this study, I investigated the regulatory role of the T. gondii dense granule protein 16 (GRA16) in the metabolic reprogramming of colorectal cancer (CRC) cells, with an emphasis on its effect on aerobic glycolysis, a hallmark of tumor metabolism known as the “Warburg effect”. Stable expression of GRA16 in HCT116 CRC cells suppressed the phosphorylation of AKT and NF-κB, leading to the downregulation of c-Myc and telomerase reverse transcriptase (TERT). These changes collectively reduced the expression of glycolytic enzymes (HK2, LDHA) and glucose and lactate transporters (GLUTs, MCTs), resulting in decreased glucose uptake and lactate production. Functionally, GRA16 induced G2/M phase cell-cycle arrest and apoptosis while enhancing the chemosensitivity of CRC cells to irinotecan. GRA16 and irinotecan combination further elevated p53 activation and γ-H2A.X, indicating amplified DNA damage and apoptotic signaling. These findings identify GRA16 as a T. gondii-derived metabolic suppressor capable of attenuating glycolytic activation of CRC and overcoming glucose-mediated chemoresistance. This study underscores the biomedical significance of T. gondii effectors as novel therapeutic resources linking parasitology to cancer metabolism research.

국문 초록 (Abstract)

톡소포자충(Toxoplasma gondii, T. gondii)은 전 세계적으로 분포하는 세포 내 기생 원충으로, 특히 열대 및 아열대 지역에서 높은 유병률을 나타내며 숙주 세포의 신호전달을 조절하여 생존하는 다양한 분자 기전을 진화시켜 왔다. 최근 연구들에 따르면, 톡소포자충 분비하는 효과 단백질(Effector proteins)은 단순한 기생충학적 요인을 넘어 생리·병리학적으로 유의한 생체 활성 물질로서 치료학적 잠재력을 지닌 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 톡소포자충의 과립 단백질 16(GRA16)이 대장암(Colorectal cancer, CRC) 세포의 대사 재프로그래밍에 미치는 조절적 역할을 규명하고, 특히 종양 대사의 대표적 특징인 호기성 해당작용(Aerobic glycolysis 또는 Warburg effect)에 미치는 영향을 중점적으로 분석하였다. HCT116 대장암 세포에서 GRA16의 안정 발현은 AKT 및 NF-κB의 인산화를 억제하였고, 그 결과 c-Myc 및 텔로머라아제 역전사효소(TERT)의 발현이 감소하였다. 이러한 변화는 해당계 효소(HK2, LDHA)와 포도당 및 젖산 수송체(GLUTs, MCTs)의 발현 저하로 이어져 포도당 흡수와 젖산 생성이 모두 감소하였다. 기능적으로 GRA16은 세포주기 G2/M 구간의 정지와 세포자멸사(Apoptosis)를 유도하였으며, 항암제 이리노테칸(Irinotecan)에 대한 세포의 감수성을 현저히 증가시켰다. 특히 GRA16과 이리노테칸 병용 처리 시 P53의 활성화 및 γ-H2A.X 발현이 더욱 증가하여, DNA 손상과 세포사멸 신호가 증폭됨을 확인하였다. 이상의 결과는 GRA16이 암세포의 해당작용을 억제하고 고포도당 환경에서 유도되는 항암제 내성을 극복할 수 있는 기생충 유래 대사 억제자로 기능함을 제시한다. 본 연구는 기생충학 연구와 암 대사 연구를 연결하는 새로운 치료적 자원으로서 톡소포자충 유래 효과기 단백질의 의학생물학적 중요성을 강조한다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract ⅰ
• Contents ⅲ
• List of Figures ⅳ
• List of Tables vi
• Abbreviations vii
• 1. Introduction 1
• 2. Materials & Methods 6
• 3. Results 13
• 4. Discussion 37
• 5. Bibliography 40
• Abstract in Korean 44