전립선암 LNCaP세포에서 유도되는 MCS-C3 농도-특이적 세포사멸에 대한 분자적 해석

Abstract

인체 암세포의 apoptosis를 유도하는 새로운 항암활성 물질을 스크리닝하는 과정에서 발굴된 pyrrolo[2,3-d]pyrimidine 계열의 carbocyclic 유도체인 MCS-C3는 인체 난소암세포에서 항암활성을 갖는 것으로 보고되어 있다. 특히, MCS-C3는 안드로겐 의존적이며, 안드로겐에 대해 민감성을 보이는 LNCaP 전립선암세포에서 농도 특이적인 apoptosis를 유도하였다. 본 연구에서는 이와 같은 MCS-C3에 의한 농도 특이적 apoptosis의 분자적 기전과 그 target을 규명하고자 하였다. MCS-C3 에 의한LNCaP 세포의 사멸유도는 MTT assay 및 투과전자현미경, western blot을 통해 확인하였으며, 그 결과 흥미로운 현상을 관찰할 수 있었다. MCS-C3 6 μM에 의해 LNCaP세포는 caspase에 의존적인 apoptosis가 유도되는 반면, 20 μM을 처리한 세포에서는 apoptosis를 확인할 수 없었다. 자세한 분자적 기전을 확인하기 위해 cDNA microarray profiling을 수행한 결과, p21Cip1 유전자가 MCS-C3 6 μM을 처리한 세포에서 발현이 급격히 증가하였으며, 농도 특이적 apoptosis를 유도하는 target 유전자로 예상되었다. p21Cip1의 발현을 조절하는 상위 분자는 각각 siRNA를 통한 유전자 knock-down과 활성저해제를 사용하여 p53과 AR임을 규명하였다. 또한 AR와 p53에 의해 발현 된 p21Cip1은 anti-apoptotic 단백질인 Bcl-2와 결합하거나, caspase에 의해 C-terminus가 절편화 됨으로써 apoptosis를 유도할 가능성이 있음을 제시하였다. 반면, MCS-C3 20 μM을 처리한 세포에서는 6 μM를 처리한 세포와 달리, p21Cip1의 발현이 증가하지 않았을 뿐만 아니라 apoptosis 현상이 유도되지 않았다. 이와 같이 MCS-C3 20 μM을 처리한 세포에서 apoptosis가 유도되지 않는 현상은 GSK-3β의 활성 억제와 함께 발생하였다. GSK-3β는 세포 내에서 다양한 기능에 관여하는 kinase로서, MCS-C3 6 μM에 의해 유도된 apoptosis가 GSK-3β 저해제인 LiCl를 처리하여 활성이 억제됨으로써 p53의 acetylation을 감소시켜 p53의 활성을 낮췄으며, p21Cip1의 발현 증가도 억제되었다. 뿐만 아니라, AR의 활성저해제인 flutamide를 MCS-C3와 함께 처리하였을 때, GSK-3β의 활성이 억제되는 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, MCS-C3 20 μM를 처리한 세포에서도 세포사멸 유도 신호가 전달되고 있다는 사실을 MCS-C3를 포함하지 않는 배지로 교환해 줌으로써 확인할 수 있었다. MCS-C3 20 μM를 24 시간 처리한 뒤 새로운 배지로 교체해 주었을 때, 6 μM 를 처리한 세포에서의 신호전달 메커니즘과 같이 p21Cip1의 증가 양상을 보이며 세포사멸이 유도되었다. GSK-3β의 활성 억제 또한 배지교환에 의해 감소하였다. 결론적으로, MCS-C3는 일반적인 인체 암세포에서의 apoptosis 유도와는 달리, 안드로겐 의존적 전립선암세포인 LNCaP 세포에서 농도 특이적 apoptosis를 유도하며, 이러한 현상은 AR및 p53이 관련된 p21Cip1의 의한 것임을 확인하였다. 또한 농도 특이적 세포사멸을 유도하는 p21Cip1의 발현을 조절하는 상위 인자로 AR-associated GSK-3β가 있음을 제시하였다. 이와 같이 MCS-C3는 multi-target을 갖는 물질로서, MCS-C3에 의한 농도 특이적 apoptosis현상이 apoptosis의 유도 및 억제에 관여하는 AR와 p53, p21Cip1, 그리고 GSK-3β와 같은 다양한 신호전달 기전 조절에 의한 것임을 규명하였다. 또한 본 연구를 통해 MCS-C3가 앞서 언급한 주요 단백질들의 신호전달을 조절함으로써 세포의 생(生)과 사(死)를 규명할 수 있다는 가능성을 제시하였다.