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미만성 거대 B 세포 림프종에서 microRNA에 의한 항존적인 NF-κB 활성의 기전 규명

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  • 조회 2925
  • 2013.10.02 17:48
MicroRNAs miR-125a and miR-125b constitutively activates the NF-κB pathway by targeting the tumor necrosis factor alpha-induced protein 3 (TNFAIP3, A20)
Proc Natl Acad Sci USA 2012 May 109(20): 7865-7870
김상우 : 부산대학교 자연과학대학 생명과학과 조교수
(E-mail: kimsw@pusan.ac.kr)

연구배경
미만성 거대 B 세포 림프종 (DLBCL)은 한국을 비롯해 전 세계에서 발생하는 비호지킨 림프종 중에서 가장 빈도가 높은 림프구성 악성 종양이다 (1). 최근 B 세포 표면에서 주로 발견되는 단백질인 CD20에 대한 단일 클론 항체인 Rituximab이 기존의 표준 항암 치료 요법인 CHOP (cyclophosphamide, doxorubicin, vincristine, prednisone 네 가지 복합 약제)에 더해지면서 치유율이 높아졌으나, 여전히 DLBCL 환자의 반 정도가 사망에 이르고 있어 empiric combination chemotherapy의 한계를 보여주고 있다 (1). 따라서 이 병의 분자 세포 유전학적인 이해와 이를 바탕으로 한 표적 치료제의 개발이 시급한 실정이다. 이러한 노력의 일환으로 DLBCL 환자 샘플을 이용한 유전자 발현 분석은 이 암을 분자 유전학적으로 분류하고 이해하는데 크게 이바지하였으며, DLBCL이 형태학적으로 매우 비슷하나 임상양상으로는 아주 다양한 이유를 설명할 수 있는 계기가 되었을 뿐 아니라 biomarker와 환자 맞춤형 표적 항암 치료제 개발을 크게 앞당길 것이라고 예상된다.

NF-κB 신호 경로는 염증 반응과 면역 반응을 비롯해 다양한 세포 활동을 조절하고 있으며 양성적 조절자와 음성적 조절자에 의해 엄격히 조절되고 있다. DLBCL을 비롯한 여러 암의 발생이 이 신호 경로의 dysregulation과 직접적으로 관련되어 있음이 밝혀지고 있으며, NF-κB 조절자의 체세포 변이로 인해 이 신호 경로의 항존적인 활성이 DLBCL에서도 흔히 발견된다 (2). 하지만 항존적 NF-κB 활성을 보이는 상당수의 DLBCL에서 이 신호 경로 조절자의 체세포 변이가 발견되지 않아 다른 기작이 관여함을 암시한다.

MicroRNA (miRNA)는 단백질을 암호화하지 않는 작은 단일 가닥 RNA분자로써 그 길이가 19-22 nucleotides정도이며, 표적 mRNA의 3’ untranslated region (UTR)에 특이적으로 결합하여 표적 mRNA의 안정성이나 번역을 저해함으로써 유전자 발현을 억제한다. 정상 세포 활동에서 필수 조절자인 miRNA가 여러 질병과도 밀접한 관련이 있다는 연구 결과가 보고 되고 있으며, 특히 암발생에 있어서 miRNA의 중요한 역할은 이미 수많은 연구에 의해서 잘 알려져 있다 (3).

이러한 연구 결과를 근거로 하여, miRNA의 비정상적인 조절이 NF-κB 경로의 항존적인 활성에 관여할 것이라는 가설하에 실험을 진행하였다.

연구결과
MiRNA가 DLBCL발달에 미치는 영향을 유전체 레벨에서 분석하기 위하여, DLBCL 환자 90 여명의 샘플을 이용하여 miRNA 게놈을 정상 세포와 비교 분석한 결과, 많은 miRNA의 카피수와 발현이 환자 샘플에서 비정상적인 것으로 나타났다 (4). MiRNA-125a와 miRNA-125b (miR-125a/b)는 약 20% 이상의 환자 샘플에서 과발현 되어 있거나, DNA 카피수가 증가한 것으로 나타났다. 흥미롭게도 miR-125a/b는 NF-κB 신호 경로의 중요한 음성적 조절자인 A20 유전자를 표적할 것으로 예상되어, 이들 miRNA가 A20 유전자를 타겟하여 항존적인 NF-κB 활성에 기여할 것이라는 가설을 세우고 실험을 수행하였다. 먼저, A20 유전자가 miR-125a/b의 직접적인 표적임을 Luciferase assay와 Immunoblot을 통하여 증명하였다 (그림 1).


그림1. A. A20에 존재하는 두 개의 miR-125 예상 결합자리를 변이시켜 luciferase assay를 수행함. B. MiR-125를 DLBCL 세포주에 과발현 시킨 후 A20의 발현을 western blot으로 분석함.
A20 유전자가 NF-κB 신호 경로의 주요 음성적 조절자라는 점과 일관되게, 이들 miRNA가 A20 유전자를 표적함으로써 NF-κB 활성이 증가되고, 세포 증식이 유도되며, 세포사가 감소되었다 (그림 2). 이 결과는, miR-125가 항존적인 NF-κB 활성과 DLBCL 발달에 관여함을 암시한다.


그림 2. A. Anti-miR-125가 NF-κB 활성을 저해함. B. MiR-125가 DLBCL 세포주의 증식을 유도함. C. MiR-125가 Hydrogen peroxide에 의한 세포사를 저해함.
또한, 세포주에서 관찰되는 이러한 결과들이 DLBCL 환자 샘플에서도 재현이 되는지를 알아보기 위하여, miR-125 과발현/저발현 샘플로 나누어 NF-κB의 활성을 조사한 결과 miR-125 과발현 샘플에서 높은 NF-κB 활성이 관찰되었다 (그림 3).

그림 3. MiR-125 과발현/저발현 DLBCL 환자 샘플에서 NF-κB의 활성을 분석함.
이 결과는, DLBCL 환자에서 흔히 나타나는 항존적인 NF-κB 활성에 miR-125가 중요한 역할을 한다는 것을 암시한다.

연구의 성과 및 의의
모든 DLBCL 환자에 같은 항암제를 투여하는 기존의 치료 방식으로는 치유율과 생존율을 높이는데 한계가 드러났다. 최근 DLBCL을 유전체 레벨에서 분자 세포학적으로 분석하여 이 병을 좀 더 세분화하고 나아가서는 환자 개개인에 맞는 치료법 개발의 가능성을 열어가고 있다. DLBCL 환자 샘플을 이용한 miRNA 게놈 분석을 통해 암 특이적으로 과발현 또는 저발현된 miRNA의 동정은 이러한 노력의 일환으로 여겨질 수 있다. MiRNA 게놈 분석에서 암 특이적으로 과발현 되어 있는 miR-125가 항존적 NF-κB 활성에 관여하는 기전을 밝힘으로써, DLBCL 치료에 있어서 biomarker와 표적 치료제로써 이용될 가능성을 제시하고 있다.
참고문헌
  1. Abramson, J.S. & Shipp, M.A. Advances in the biology and therapy of diffuse large B-cell lymphoma: moving toward a molecularly targeted approach. Blood 106, 1164-1174 (2005)
  2. Alizadeh, A.A. Distinct types of diffuse large B-cell lymphoma identified by gene expression profiling. Nature 403, 503-511 (2000)
  3. Rai, D. et al. Targeting of SMAD5 links microRNA-155 to the TGF-beta pathway and lymphomagenesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 3111-3116 (2010)
  4. Li, C. et al. Copy number abnormalities, MYC activity, and the genetic fingerprint of normal B cells mechanistically define the microRNA profile of diffuse large B-cell lymphoma. Blood 113, 6681-6690 (2009)
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