Syntenin-1-BACH1 축에 의한 항산화제 유도 삼중 음성 유방암 악성화 조절 기전 연구 = The Syntenin-1-BACH1 axis mediates antioxidant-induced tumor progression in TNBC cells

국문 초록 (Abstract)

삼중 음성 유방암 (TNBC)은 에스트로겐 수용체와 프로게스테론 수용체, HER2의 발현이 결여된 유방암 아형으로, 치료가 매우 까다롭고 예후가 불량하다고 알려져 있다. 항산화제 (N-acetylcysteine, 비타민 C, 비타민 E 등)는 일반적으로 암을 치료하는 일종의 보조제로 사용되어 왔으나 최근 임상 실험 결과에 의하면 암환자가 항산화제를 섭취할 경우 암세포의 생존과 전이를 촉진하고, 항암제의 치료 효능을 저하시킬 수 있음이 보고되고 있다. 세포의 항산화 반응, 미토콘드리아 대사, 전이 관련 유전자 발현을 조절하는 전사인자 BACH1 (BTB and CNC homology 1)은 TNBC에 과발현되어 암세포의 악성화를 유도하는 것으로 알려져 있다. 최근 연구에 의하면 PDZ 도메인 단백질인 syntenin-1 (SDCBP)은 E3 ubiquitin ligase 복합체 (SCFFBXO22)의 기능을 억제함으로써 BACH1 단백질을 안정화시켜 TNBC의 악성화에 핵심적인 역할을 수행하는 것으로 보고되었다. 따라서 본 연구에서는 항산화제에 의해 syntenin-1과 BACH1 두 단백질이 어떻게 기능적으로 연계되어 TNBC 세포의 생존 및 전이 능력을 조절하는지에 대한 연구를 진행하였다.
TNBC 세포에 항산화제 (N-acetylcysteine, 비타민 C, 비타민 E)를 처리하면 syntenin-1 및 BACH1 단백질의 발현이 현저히 증가함을 확인하였으며, syntenein-1 발현을 저해한 TNBC 세포에서는 항산화제에 의해 유도되는 BACH1 단백질 발현이 저해되었을 뿐만 아니라 항산화제에 의한 colony 형성 및 세포 이동성 증가 효과가 소실됨을 확인할 수 있어 syntenin-1/BACH1 축이 항산화제에 의한 TNBC 세포의 악성화 유도에 핵심적인 역할을 수행함을 시사하고 있다. 또한 BACH1 표적 유전자인 HK2, GAPDH, MMP1, CXCR4의 발현이 증가하여 암세포의 성장 및 이동성을 촉진하는 반면, 미토콘드리아 전자전달계 복합체 IV 유전자인 NDUFA4, COX6B2의 발현을 저해하게 되어 미토콘드리아 산화적 인산화가 저해됨을 확인하였다. 그러나 항산화제와 해당과정 억제제를 같이 처리했을 때에 TNBC 세포의 생존율이 감소하는 것을 통해 이 해당과정 억제가 항산화제의 TNBC 악성화 유도 효과를 저해함으로써 새로운 치료 전략이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.
종합하면 본 연구는 항산화제에 의해 유도되는 TNBC 세포의 악성화에 대한 새로운 분자기전으로 Syntenin-1/BACH1 축임을 제시하였으며, 향후 후속연구를 통하여 해당과정 억제제를 항산화제와 병용투여하는 경우 항산화제에 의한 암 세포의 악성화를 저해할 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Triple negative breast cancer (TNBC) is a breast cancer subtype that lacks the expression of estrogen receptor, progesterone receptor, and HER2, and is known to be very difficult to treat and have a poor prognosis. Antioxidants (N-acetylcysteine, vitamin C, vitamin E, etc.) have generally been used as a kind of adjuvant to treat cancer, but according to the results of recent clinical trials, it has been reported that the intake of antioxidants in cancer patients can promote the survival and metastasis of cancer cells and reduce the therapeutic efficacy of anticancer drugs. Transcription factor BACH1 (BTB and CNC homology1), which regulates the antioxidant response, mitochondrial metabolism, and metastasis-related gene expression of cells, is known to be overexpressed in TNBC, leading to the malignancy of cancer cells. According to a recent study, syntenin-1 (SDCBP), a PDZ domain protein, has been reported to play a key role in the malignancy of TNBC by stabilizing BACH1 protein by inhibiting the function of the E3 subiquitin ligase complex (SCFFBXO22). Therefore, this study was conducted on how syntenin-1 and BACH1 proteins are functionally linked by antioxidants to regulate the survival and metastasis ability of TNBC cells.
It was confirmed that the expression of syntenin-1 and BACH1 proteins was significantly increased when TNBC cells were treated with antioxidants (N-acetylcystine, vitamin C, and vitamin E), and in TNBC cells that inhibited syntenin-1 expression, not only the BACH1 protein expression induced by antioxidants was inhibited, but also the colony formation and cell mobility increase effect by antioxidants were lost, suggesting that the syntenin-1/BACH1 axis plays a key role in inducing the malignancy of TNBC cells by antioxidants. In addition, it was confirmed that the expression of the BACH1 target genes HK2, GAPDH, MMP1, and CXCR4 was increased to promote the growth and mobility of cancer cells, while the expression of the mitochondrial electron transport complex IV genes NDUFA4 and COX6B2 was inhibited, thereby inhibiting mitochondrial oxidative phosphorylation. However, by reducing the survival rate of TNBC cells when antioxidants and glycolysis inhibitors are treated together, it was confirmed that this glycolysis inhibition can be a new treatment strategy by inhibiting the TNBC malignancy-inducing effect of antioxidants.
In summary, this study suggested Syntenin-1/BACH1 axis as a new molecular mechanism for the malignancy of TNBC cells induced by antioxidants, and it is expected that the malignancy of cancer cells caused by antioxidants can be inhibited if the glycolysis inhibitor is administered in combination with antioxidants through future studies.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 삼중 음성 유방암 (Triple-negative breast cancer, TNBC) 1
• 2. BACH1 (BTB and CNC homology 1) 3
• 3. Syntenin-1 (SDCBP) 5
• Ⅱ. 실험 재료 및 방법 7
• Ⅲ. 실험결과 12
• 1. TNBC 세포에서 항산화제가 syntenin-1과 BACH1의 발현 증가를 유도한다. 12
• 2. TNBC 외 다른 아형의 암 세포에서는 항산화제에 의해 syntenin-1과 BACH1의 발현이 유도되지 않는다. 15
• 3. 항산화제는 TNBC 세포의 증식과 이동성을 증가시킨다. 17
• 4. SDCBP (Syntenin-1) KO은 항산화제에 의해 유도된 BACH1 발현 증가를 억제한다. 21
• 5. SDCBP KO은 항산화제에 의한 TNBC 세포의 증식 및 이동성 증가 효과를 억제한다. 23
• 6. SDCBP KO은 BACH1에 의해 조절되는 해당과정 및 전이성 유전자들의 발현 증가를 억제한다. 27
• 7. BACH1에 의해 조절되는 해당과정 및 전이성 유전자들의 발현은 항산화제에 의해 증가된다. 29
• 8. 미토콘드리아 전자전달계 인자들의 발현은 항산화제에 의해 증가된다. 31
• 9. 항산화제는 BACH1의 활성화를 유도하여 미토콘드리아 호흡을 저해한다. 33
• 10. 항산화제는 TNBC 세포 내 전체 ROS 수준을 증가시킨다. 36
• 11. 항산화제에 의한 TNBC 세포의 악성화를 해당과정 억제제가 저해한다. 38
• Ⅳ. 결론 41
• Ⅴ. 토의 42
• Ⅵ. 참고문헌 45
• Ⅶ. 영문 초록 (Abstract) 48