Association of MDR1/GST gene polymorphism with gastric and colorectal cancer patients = MDR1/GST 유전자 다형성과 위암과 대장암 환자와의 관련성

국문 초록 (Abstract)

위암과 대장암은 식이요법이나 환경요인에 영향을 받는다. 이중 환경요인은 변하기 쉬운 발암물질의 물질 대사와 유전경향이 상호작용을 한다. 유전경향 은 위암보다 대장암에서 더 중요하게 여겨진다. 특정한 효소의 활동을 제한하 는 유전자에 영향을 주는 유전자 다형성은 위암과 대장암의 감수성에 영향을 준다. 따라서 이번 연구에서는 한국인의 위암과 대장암 환자에서 multidrug resistance 1 (MDR1)과 glutathione S-transferase (GST) 유전자 다형성의 관 련성이 있는지를 연구하였다.
첫 번째 연구에서, 저자는 위암과 대장암에서 MDR1의 유전자 다형성의 관 련성을 연구하였다. MDR1은 약물수송단백의 하나인 P-glycoprotein (P-gp)을 만들고 에너지를 이용하여 세포내에서 세포외로 이물질을 수송하는 역할을 한다. 위암과 대장암을 발생시킨 동물실험에서 P-gp가 종양형성에 중요한 역할을 한다는 것이 알려졌다. 이에 저자는 MDR1에서 위암과 대장암의 관련성을 연 구하였다. 연구대상자는 위암환자 102명, 대장암환자는 193명, 건강한 대조군 200명으로 하였으며 대상자의 전혈에서 genomic DNA를 추출하였다. 추출된 DNA에서 중합효소연쇄반응 (polymerase chain reaction, PCR) 후 Pyrosequencing 을 실시하여 MDR1 유전자 2677, 3435의 유전자형을 분석하였다. MDR1 G2677T/A 대장암 환자에서 T/A와 A/A의 유전자형이 5.7%, 1.6%로 대조군 의 12.5%, 5%에 비해 현저하게 낮았으나(P < 0.05) 위암에서는 차이를 보이 지 않았다. 또한 MDR1 C3435T에서는 위암과 대장암 모두에서 차이가 없었 다. 이상의 결과로 MDR1 G2677T/A의 단일염기 다형성은 대장암과 관련성이 있는 것으로 생각되며, 위암과는 관련성이 없는 것으로 생각된다. 또한 MDR1 C3435T는 위암과 대장암 모두에서 관련성이 없는 것으로 생각된다.
두 번째 연구는 GST에서 위암과 대장암과의 관련성을 연구하였다. GST는 세포질에 존재하는 효소로서 여러 유전자 다형성(polymorphism)을 보이며, 동 형접합체의 소실이나 변형 등으로 인해 효소의 기능이 저하되거나 소실되면 발암물질의 해독능력이 감소하여 암 발생을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 이에 저자는 위암과 대장암 환자에서 GST의 유전자 다형성을 분석하여 GSTM1, GSTT1 유전자의 다형성이 정상인과 위암, 대장암 환자에서 어떠한 상관관계가 있는지 연구하였다. 연구대상자는 위암 환자 102명, 대장암 환자는 172명, 건강한 대조군 200명으로 하였으며 대상자의 전혈에서 genomic DNA 를 추출하였다. 추출된 DNA에서 중합효소연쇄반응을 하여 GST유전자형을 분석하였다. GSTT1 결손변이 유전자의 빈도는 위암에서 51%로 47%인 정상 대조군과 비슷하게 나타났고 대장암에서는 57.6%로 정상 대조군과 차이가 있 었다(P<0.05). 그리고 GSTM1과 T1의 조합의 결과를 보면 GSTM1, GSTT1 모두 결손변이가 없는 경우에 비해 GSTM1은 결손변이가 없고 GSTT1은 결 손변이인 경우 대장암에서 24.4%, 정상 대조군에서 18%로 차이를 보였고(OR = 2.1, 95% CI = 1.1-4.2), GSTM1, GSTT1모두 결손변이인 경우 대장암은 33.1%, 정상대조군은 29.2%로 차이를 보였다(OR = 1.8, 95% CI = 1.1-3.4). 이상의 결과로 볼 때, 한국인에서 각각의 GSTM1, GSTT1 유전자 다형성과 대장암의 발생위험간의 연관성이 있는 것으로 나타났으며, GSTM1 결손변이, GSTT1 결손변이 유전자형의 고위험 유전인자를 두 가지 조합하여 대장암의 발생위험도를 비교해 보았는데 GSTM1, GSTT1 결손변이를 함께 갖는 경우 와 GSTM1은 결손변이가 없고 GSTT1은 결손변이를 갖는 경우 대장암과 관 련성이 있는 것으로 나타났다.
한국인을 대상으로 한 MDR1과 GST 유전자 다형성에 관한 이번 연구는 위 암과 대장암에 관한 고위험 유전자를 밝혀내는 다양한 노력에 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Gastric and colorectal cancers result from many environmental and dietary exposures. Such environmental factors interact with a variable genetic predisposition related, in part, to differences in the metabolism of carcinogen xenobiotics. Genetic predisposition is more important for colorectal cancer (CRC) than for gastric cancer (GC). Genetic polymorphisms that affect the expression of genes regulating the activity of specific enzymes may modulate the susceptibility to GC and CRC. Therefore, in this study, the author investigated the association between multidrug resistance 1 (MDR1) and glutathione S-transferase (GST) gene polymorphism with GC and CRC patients in Korean population.
First of all, the author examined the association of MDR1 gene polymorphisms with GC and CRC patients. The MDR1 gene encodes P-glycoprotein (P-gp), a transmembrane transporter that acts as an energy-dependent efflux pump of xenobiotics and various chemotherapeutic drugs. The important role of the P-gp in the tumorigenesis was highlighted in animal models as shown in development of GC and CRC. The study group consisted of 102 patients with GC and 193 patients with CRC, and 200 healthy subjects. Genomic DNA was extracted from peripheral blood, and genotypes of MDR1 C3435T (exon 26) and G2677T/A (exon 21) were determined by Pyrosequencer PyroMark ID system (Biotage AB and Biosystems, Uppsala, Sweden). Pyrosequencing is a straight for ward, non-electrophoretic DNA sequencing method using the luciferase?luciferin light release as a signal for nucleotide incorporation into a PCR template DNA. As results, the frequencies of MDR1 2677 T/A and A/A genotype in CRC (5.7, 1.6%, respectively) was significantly lower than controls (12.5, 5.0%, respectively) (P < 0.05). There was no significant differences of the MDR1 genotype frequencies between GC patients and controls. This study, data suggest that MDR1 G2677T/A polymorphism of MDR1 is associated with risk of CRC in the Korean population. Further examination using larger number of samples must be necessary to reach to more reliable conclusions.
The author next examined the association of GST polymorphisms with GC and CRC. GSTs are phase II metabolizing enzymes involved in the detoxification of carcinogens. Two GST genes, GSTT1 and GSTM1 are particularly important because they have a null genotype resulting in impaired catalytic activity, which is associated with greater sensitivity to toxic compounds. Recent epidemiological studies proposed that GSTM1 null and GSTT1 null genotypes were correlated with an increased susceptibility to diseases associated with oxidative stress, such as cancer, cardiovascular and respiratory diseases. The case groups included 102 patients with GC and 172 patients with CRC and 200 control group with healthy. As result, the GSTT1 null genotype was associated with a 1.5-fold increased risk of developing CRC (95% CI = 1.1-2.3). However, the GSTM1 and T1 genotype was shown with a similar frequency in GC patients and control (P > 0.05). I also analyzed the genotypes of GSTM1 and GSTT1 in combination to examine whether combination of these genotypes is associatied with CRC. To analyze combined effect of GSTM1 and GSTT1, both present type of GSTM1 and GSTT1 genes were compared to both null, GSTM1 null, and GSTT1 null types. I also observed significant association with GSTM1 null/ GSTT1 null type (OR = 1.8, 95% CI = 1.1- 3.4) as well as GSTM1 present/ GSTT1 null type (OR = 2.1, 95% CI = 1.1 -4.2). However, the GSTM1 and T1 combined genotype was shown with a similar frequency in GC patients and control (P > 0.05).
In addition, the MDR1/GST polymorphisms and allele frequencies obtained in this study will be useful for genetic studies of CRC and GC in Koreans.

목차 (Table of Contents)

• CHAPTER Ⅰ Association between multidrug resistance 1 gene polymorphism in gastric and colorectal cancer = 1
• 1. Introduction = 1
• 2. Materials and Methods = 4
• 2.1. Subjects = 4
• 2.2. Blood sampling and DNA extraction = 4
• 2.3. Polymerase Chain Reaction amplification = 4
• 2.4. Pyrosequencing Reaction = 5
• 2.5. Data analysis = 6
• 3. Results = 8
• 3.1. Clinical charateristics in subjects = 8
• 3.2. MDR1 G2677T/A genotypes in CRC and GC = 10
• 3.3. MDR1 C3435T genotypes in CRC and GC = 19
• 3.4. MDR1 haplotypes in CRC and GC = 23
• 4. Discussion = 25
• 5. Conclusion = 30
• 6. References = 31
• CHAPTER Ⅱ Association between glutathione S-transferase gene polymorphism in gastric and colorectal cancer = 37
• 1. Introduction = 37
• 2. Materials and methods = 40
• 2.1. Subjects = 40
• 2.2. Blood sampling and DNA extraction = 40
• 2.3. Primer design = 40
• 2.4. GST genotyping analysis = 41
• 2.5. Data analysis = 44
• 3. Results = 45
• 3.1. Clinical charateristics in subjects = 45
• 3.2. Frequencies of GST genotypes in GC = 45
• 3.3. Frequencies of GST enotypes in CRC = 48
• 4. Discussion = 51
• 5. Conclusion = 54
• 6. References = 55
• 〈감사의 글〉 = 61