Effect of TNF-$\alpha$ Gene Transfer to Respiratory Cancer Cell Lines on Sensitivity to Anticancer drugs

호흡기계암세포주에서 TNF-$\alpha$ 유전자의 이입이 항암제 감수성에 미치는 효과

Background: Tumor necrosis factor(TNF) showed antitumor cytolytic effects on sensitive tumor cells in numerous in vivo and in vitro studies. But it could not be administered systemically to human because of severe systemic adverse effects at effective concentrations against tumor cells. Many studies showed that a high concentrations of TNF in the local milieu may evoke in vivo TNF-responsive mechanisms sufficient to suppress tumor growth. Recently developed technique of TNF gene transfer to tumor cells using retrovirus vector could be a good candidate for local TNF administration. TNF is also known to synergistically enhance in vitro cytotoxicity of chemotherapeutic drugs targeted to DNA topoisomerase II against TNF-sensitive tumor cell lines. In this study the in vitro chemosensitivity against DNA topoisomerase II targeted chemotherapeutic drugs was evaluated using some respiratory cancer cell lines to which TNF gene had been transferred. Method: NCI-H2058, a human mesothelioma cell line, A549, a human lung adenocarcinoma cell line and WEHI 164 cell line, a murine fibrosarcoma cell line were treated with etoposide and doxorubicin, which are typical topoisomerase II - targeted chemotherapeutic agents, at different concentration. The resultant cytotoxicity was measured by MIT assay. Then the cytotoxicity of the same chemotherapeutic agents was measured after TNF-$\alpha$ gene-transfer and the two results were compared. Results: The cytotoxicity was not increased significantly in WEHI164 cell line and A549 cell line but statistically significant increase was observed in H2058 cell line when TNF-$\alpha$ gene was transferred(p<0.05). Conclusion: These findings show that TNF-$\alpha$ gene transfer to respiratory cancer cell lines results in variable effects on chemosensitivity against topoisomerase II inhibitor among different cell lines in vitro and can be additively cytotoxic in certain selective tumor cell lines.

연구배경: 종양괴사인자(Tumor necrosis factor; TNF)는 다양한 생물학적인 작용을 가지며 종양 세포에 대한 세포 독성은 그 대표적인 기능중의 하나이다. TNF-$\alpha$는 생체외에서(in vitro) 몇몇 종양 세포주에 대하여 항암제, 특히 topoisomerase II targeted chemotherapeutic agent의 세포 독성 효과를 상승적으로 증가시키는 것이 알려져 있다. 최근 암세포에 대한 cytokine 유전자 요법에서 TNF는 중요한 대상으로 여겨지고 있으며, 유전자 이입에 의해 암조직이 TNF를 생성하게 될 경우 암 증식 억제 효과가 있음이 보고되고 있다. 연구자는 암세포에 TNF-$\alpha$ 유전자를 이입하여 자신이 TNF-$\alpha$를 생성하도록 형질을 변환시킨 암세포는 topoisomerase II 억제 항암제에 대한 김수성에 변화가 있을 것이라는 가설을 수립하였고 이를 검증하고자 본 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 생체외로(in vitro) TNF-$\alpha$ 유전자를 이입하여 TNF-$\alpha$를 생성하는 암세포주에서 topoisomerase II targeted drug에 대한 항암제 감수성 효과가 모세포주에 비하여 증대될 수 있는지를 알아 보고자하였다. 방법: TNF-$\alpha$에 감수성을 보이는 것으로 알려진 인체 중피종 세포주인 NCI-H2058 세포주 및 생쥐의 섬유육종 세포주인 WEHI164 세포주와 인체 비소세포 폐암 세포주인 A549 세포주를 배양하여, 먼저 임상에서 흔히 폐암의 항암 화학 요법 치료에 널리 쓰이는 대표적인 topoisomerase II targeted chemotherapeutic drug인 etoposide(VP-16)와 doxorubicin(adriamycin)을 가하였을 때 관찰된 세포 독성을 MTT assay로 측정하고, 각 모세포주(parenta1 cell line)에 TNF-$\alpha$의 유전자를 이입시켜서 형절 변환한 세포주(transformed cell line)에 대하여 각각 동일한 항암제를 가하였을 때 관찰된 세포 독성의 정도를 같은 방법으로 측정하여, 그 결과를 비교 분석하였다. 또한 모세포주에 외부에서 TNF를 가하여 전처치한 후 동일한 항암제를 가하였을 때의 세포독성을 관찰하여 비교 분석하였다. 결과: H2058 세포주에서는 TNF-$\alpha$ 유전자를 이입한 세포주 topoisomerase II targeted drug을 가하였을 때, 항암제 감수성이 모세포주에 같은 항암제를 가하였을 때에 비하여 의미있게 증가함을 관찰할 수 있었으나(p<0.05), WEHI 세포주와 A549 세포주에 있어서는 TNF-$\alpha$ 유전자를 이입한 세포주에서 모세포주에 비하여 항암제 감수성이 증가하지는 않았다. 결론: TNF-$\alpha$ 유전자의 이입이 topoisomerase II targeted chemotherapeutic drug에 대한 항암제 감수성을 증가시키는 효과는 세포주에 따라 다양한 결과를 보이는 것을 알 수 있었으며, 적어도 선택된 특정 종류의 호흡기계 암세포에 있어서는 TNF-$\alpha$ 유전자의 이입으로 항암제 감수성(chemosensitivity)을 증가시킬 수 있을 것으로 사료된다.