Induction of Apoptosis and Expression of Apoptosis-related Gene Products in Response to Radiation in Murine Tumors

방사선에 대한 종양의 반응에서 아포프토시스의 유도와 이에 관련되는 유전자 발현

Purpose : To analyze the involvement of apoptosis regulatory genes p53, $p21^{wart/cip1}$ bax and bcl-2 in induction of apoptosis by radiation in murine tumors. Materials and methods : The radiation-sensitive ovarian carcinoma OCa-1, and the radiation-resistant hepatocarcinorna HCa-I were used. Tumors, 8 mm in diameter, were irradiated with 25 Gy and at various times after irradiation, ranging from 1 to 48 h, were analyzed histologically for apoptosis and by western blot for alterations in the expression of these genes. The p53 status of the tumors were determined by the polymerase chain reaction-single strand conformation polymorphism assay. Results : Both tumors were positive for wild-type p53. Radiation inducesd apoptosis in OCa-1 but not in HCa-1. Apoptosis developed rapidly, peaked at 2 h after irradiation and returned to almost the background level at 48 h In OCa-1 radiation upregulated the expression of p53, $p21^{wart/cip1}$. and the bcl-2/bax ratio was decreased. In HCa-1 radiation increased the expression of both p53 and $p21^{wart/cip1}$, although the increase of the latter was small The bcl-2/bax ratio was greatly increased. In general the observed changes occurred within a few hours after irradiation, and either preceded or coincided with development of apoptosis Conclusions : The development of apoptosis required upregulation of both p53 and $p21^{wart/cip1}$ as well as a decrease in bcl-2/bax ratio. In contrast, an increase in bcl-2/bax ratio Prevented apoptosis in the presence of upregulated p53 and $p21^{wart/cip1}$ . These findings indentified the involvement of multiple oncogenes in apoptosis regulation in vivo and demonstrate the complexity that may be associated with the use of a single oncogene assessment for Predicting the outcome of cancer therapy with cytotoxic agents.

목적 : 세포 독성 인자가 유도하는 아포프토시스에 관한 연구가 대부분 In Vitro 연구에 국한되어온 바, In VIVO에서 방사선에 의한 아포프토시스의 유도와 이에 관여하는 유전자들의 발현 양상을 분석하기 위하여 본 연구를 수행하였다. 대상 및 방법 : 마우스 동종암으로서 방사선 민감 종양인 난소암 (OC3-1)과 내성 종양인 간암 (HCa-1)을 모델로 하여 이들 종양이 평균 직경 8 mm로 자랐을 때 25 Gy의 방사선을 조사하였다. 조사 후 다양한 시간 간격으로 조직을 채취하여 아포프토시스의 유도 수준을 분석하며 동시에 이에 관련된 유전자 산물인 p53, $p21^{wart/cip1}$, bax, bel-2 등의 발현을 western blotting 을 이용하여 분석하였다. 종양의 p53 상태는 polymerase chain reaction-single strand conformation polymorphism assay로 분석하였다. 결과 : 모델 종양들의 p53 상태는 둘다 자연형으로 나타났다. 방사선 조사로 OCa-1에서는 아포프토시스가 유도되었으나 HCa-1에서는 아포프토시스가 관찰되지 않았다. OCa-1에서 방사선 조사로 p53, $p21^{wart/cip1}$의 발현이 증가되었으며 bel-2/ bax 비율은 감소하였다. HCa기에서는 p53, $p21^{wart/cip1}$의 발현이 증가되었으나 $p21^{wart/cip1}$은 OCa-1과 비교하여 증가 수준이 미약하였다. bel-2/bax 비율은 현저히 증가하였다. 이와 같은 변화들은 방사선 조사에 선행되거나 조사 후 수시간 내에 일어났으며 아포프토시스의 유도에 선행하거나 일치하였다. 결론 : 아포프토시스의 진행에는 p53, $p21^{wart/cip1}$의 증가 뿐만 아니라 bel-21 bax 비율의 변화 가 관여된다는 것이 In vivo에서 확인되었다. p53가 자연형인 경우에도 그 이하 단계의 유전자 발현 양상이 다르게 나타날 수 있으며 이는 세포 독성 요인을 이용한 암 치료시 결과를 예측하는데 있어서 단일 유전자 발현의 평가와 연계되는 복잡성을 시사하고 있다.