폐암세포에 p16 (MTS1) 유전자 주입후 암생성능의 변화 및 세포주기관련 단백질의 변동에 관한 연구

The Change of Cell-cycle Related Proteins and Tumor Suppressive Effect in Non-small Cell Lung Cancer Cell Line after Transfection of p16(MTS1) Gene

연구배경 : 세포주기의 활성화, 그 중에서도 특히 $G_1$/S 이행에 관여하는 세포주기관련 단백질들은 암발생에 있어서 매우 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. $G_1$ 세포주기 관련 단백질 중의 하나인 cdk4 (cyclin dependent kinase 4)의 억제제로 알려져 있는 p16 유전자는 최근에 밝혀진 종양억제유전자중의 하나로서 MTS1 (multiple tumor suppressor 1)이라고도 불린다. p16 유전자는 지금까지 알려진 어느 종양관련 유전자보다도 유전자변이의 빈도가 높은 암억제유전자인데, 특히 비소세포폐암인 경우는 70% 이상의 세포주에서 p16 단백질의 발현이 없는 것으로 밝혀져 있어 p16 유전자는 비소세포폐암 발생에 매우 중요한 역할을 할 것이라고 알려져 있다. 본 연구에서는 비소세포폐암에서 p16을 이용한 유전자치료의 타당성을 입증하기 위하여 다음과 같은 연구를 시행하였다. 방 법 : p16이 결여된 비소세포폐암 세포주 (NCI-H441)에, 정상섬유아세포에서 총 RNA를 추출하여 역전사효소 및 DNA 중합효소반응으로 증폭된 p16 cDNA를 유핵세포 발현 vector인 pRC-CMV plasmid에 subcloning하여 구축된 pRC-CMV-p16 plasmid vector를 lipofectin을 이용하여 유전자 이입한 후, 단백질을 추출하여 Western blot 분석과 면역침전법으로 $G_1$ 세포주기관련 단백질의 변동을 관찰하고, colony 형성능을 비교함으로써 암억제효과를 확인하였다. 결 과 : p16이 유전자주입된 NCI-H441 세포주에서 p16과 cdk4가 복합체를 형성하고 있고 인산화 Rb가 대조 세포주에 비해 감소되어 있음을 확인할 수 있어, p16이 cdk4와 결합함으로써 cdk4에 의한 Rb의 인산화를 방해하고 이에 따른 $G_1$ 세포주기 정체에 의해 종양억제효과가 나타난다는 설명을 뒷받침할 수 있었다. Clonogenic assay 결과는 p16 유전자주입된 NCI-H441 세포주의 colony 형성능이 대조 세포주에 비하여 현격히 감소함을 관찰하였다. 결 론 : 이상의 결과로 p16(MTS1) 유전자를 p16 단백질을 발현하지 못하는 비소세포폐암 세포주에 주입할 경우, 주입한 유전자에서 생성되는 p16 단백질이 cdk와 결합하여 Rb 단백질의 인산화를 저하시켜 궁극적으로 암억제 효과를 일으킬 수 있음이 확인되었고, 이는 향후 비소세포폐암의 유전자치료에 있어서 p16 유전자의 이용 가능성을 확인한 기초자료가 된다고 생각된다.

Background : It is clear that deregulation of cell cycle progression is a hallmark of neoplastic transformation and genes involved in the $G_1$/S transition of the cell cycle are especially frequent targets for mutations in human cancers, including lung cancer. p16 gene product, one of the G1 cell-cycle related proteins, that is recently identified plays an important role in the negative regulation of the the kinase activity of the cyclin dependent kinase (cdk) enzymes. Therefore p16 gene is known to be an important tumor suppressor gene and is also called MTS1 (multiple tumor suppressor 1). No more oncogenes have been reported to be frequently related to multiple different malignancies than the alterations of p16 gene. Especially when it comes to non-small cell lung cancer, there was no expression of p16 in more than 70% of cell lines examined. And also it is speculated that p16 gene could exert a key role in the development of non-small cell lung cancer. This study was designed to evaluate whether p16 gene could be used as a candidate for gene therapy of non-small cell lung cancer. Methods : After the extraction of total RNA from normal fibroblast cell line and subsequent reverse transcriptase reaction and polymerase chain reaction, the amplified p16 cDNA was subcloned into eukaryotic expression plasmid vector, pRC-CMV. The constructed pRC-CMV-p16 was transfected into the NCI-H441 NSCLC cell line using lipofectin. The changes of G1 cell-cycle related proteins were investigated with Western blot analysis and immunoprecipitation after extraction of proteins from cell lysates and tumor suppressive effect was observed by clonogenic assay. Results : (1) p16(-) NCI-H441 cell line transfected with pRC-CMV-p16 showed the formation of p16 : cdk 4 complex and decreased phosphorylated Rb protein, while control cell line did not. (2) Clonogenic assay demonstrated that the number of colony formation was markedly decreased in p16(-) NCI-H441 cell line transfected with pRC-CMV-p16 than the control cell line. Conclusion : It is confirmed that the expression of p16 protein in p16 absent NSCLC cell line with the gene transfection leads to p16 : cdk4 complex formation, subsequent decrease of phosphorylated pRb protein and ultimately tumor suppressive effects. And also it provides the foundation for the application of p16 gene as a important candidate for the gene therapy of NSCLC.