The Role of MnSOD in the Mechanisms of Acquired Resistance to TNF

TNF에 대한 내성획득에서 MnSOD의 역할에 관한 연구

Background : Tumor necrosis factor(TNF) has been considered as an important candidate for cancer gene therapy based on its potent anti-tumor activity. However, since the efficiency of current techniques of gene transfer is not satisfactory, the majority of current protocols is aiming the in vitro gene transfer to cancer cells and re-introducing genetically modified cancer cells to host. In the previous study, it was shown that TNF-sensitive cancer cells transfected with TNF-$\alpha$ cDNA would become highly resistant to TNF, and the probability was shown that the acquired resistance to TNF might be associated with synthesis of some protective protein. Understanding the mechanisms of TNF -resistance in TNF-$\alpha$ cDNA transfected cancer cells would be. an important step for improving the efficacy of cancer gene therapy as well as for better understandings of tumor biology. This study was designed to evaluate the role of MnSOD, an antioxidant enzyme, in the acquired resistance to TNF of TNF-$\alpha$ cDN A transfected cancer cells. Method : We transfected TNF-$\alpha$ c-DNA to WEHI164(murine fibrosarcoma cell line), NCI-H2058(human mesothelioma cell line), A549(human non-small cell lung cancer cell line), ME180(human cervix cancer cell line) cells using retroviral vector(pLT12SN(TNF)) and confirm the expression of TNF with PCR, ELISA, MIT assay. Then we determined the TNF resistance of TNF-$\alpha$ cDNA transfected cells(WEHI164-TNF, NCIH2058-TNF, A549-TNF, ME180-TNF) and the changes of MnSOD mRNA expressions with Northern blot analysis. Results : The MnSOD mRNA expressions of parental cells and genetically modified cells of WEHI164 and ME180 cells(both are naturally TNF sensitive) were not significantly different The MnSOD mRNA expressions of genetically modified cells of NCI-H2058 and A549(both are naturally TNF resistant) were higher than those of the parental cells, while those of parental cells with exogenous TNF were also elevated. Conclusion : The acquired resistance to TNF after TNF-$\alpha$ cDNA transfection may not be associated with the change in the MnSOD expression, but the difference in natural TNF sensitivity of each cell may be associated with the level of the MnSOD expression.

연구배경 : 종양괴사인자(tumor necrosis factor ; TNF)는 다양한 생물학적 기능을 가지고 있는 바, 그 중 생체 외에서 증명된 뚜렷한 항암 효과로 말미암아 최근 항암 유전자요법의 중요한 대상으로 관심을 모으고 있다. 현재 유전자 이입의 기술적 문제로 생체 외에서 암세포에 유전자 이입을 시행한 후 이를 다시 환자의 생체내로 이식하는 방법이 연구의 주종을 이루고 있다. 그러나 저자들의 과거의 연구를 포함한 여러 연구에서 TNF가 이입된 암세포는 TNF에 대해 내성을 보이는 이에는 새로이 방어 단백질을 합성하는 것이 관여할 것이라는 시사가 있었다. 이 획득내성의 기전을 밝히는 것이 종양생물학의 이해를 넓히고 보다 효과적인 항암 유전자요법을 개발하기위한 매우 중요한 과제로 생각된다. 저자들은 TNF 유전자 이입에 따른 암세포의 TNF에 대한 획득내성에, 일부 세포에서 TNF에 의해 발현이 유도된다는 것이 밝혀진, 항산화효소의 하나인 MnSOD의 발현의 변화가 관여하는 지를 규명하고자 본 실험을 수행하였다. 방 법 : TNF에 다양한 감수성을 보이는 인체 및 생쥐 기원의 4가지 암세포주(WEHI164, NCI-H2058, A549, ME180)에 TNF-$\alpha$ 유전자를 retroviral 이용하여 이입하고 TNF의 발현을 시도하여 PCR, ELISA, MTT assay로 확인하였고, TNF 유전자가 이입된 세포(WEHI164-TNF, NCI-H2058-TNF, A549-TNF, ME180-TNF)는 TNF에 내성을 보이는지 역시 MTT assay로 검증하였다. TNF 유전자 이입 전후의 MnSOD mRNA 발현의 차이는 Northern blot analysis를 통하여 비교하였다. 결 과 : 1) TNF-$\alpha$ 유천자 이입 및 발현 확인 PCR을 시행한 결과 TNF 유전자가 이입된 각 세포 790 base pair 표기의 진한 DNA band를 보인 반면 모세포주는 보이지 않아서 retroviral vector를 이용한 유전자 이입이 DNA 수준에서 이루어 있었다. 그리고 TNF 유전자가 이입된 세포의 배양상층액에서 TNF양을 ELISA로 측정한 결과 TNF를 세포에 따라 1.91ng/24hr/$10^6\;cells$에서 3.91ng/24hr/$10^6\;cells$ 생산함을 알 수 있었다. 2) TNF 유전자 이입 전후, 암세포의 TNF에 대한 감수성 비교 TNF 농도 100ng/ml에서 WEHI164-TNF와 ME180-TNF 세포는 통계적으로 유의하게 (p<0.01) TNF에 대한 내성을 획득함을 알 수 있었다. 3) TNF 유전자 이입 전후외 MnSOD mRNA 발현양상 TNF에 감수성을 보이는 WEHl164와 ME180세포는 TNF 유전자 이입 후에 MnSOD mRNA 발현이 증가되지 않았으며, TNF에 내성을 보이는 NCIH2058과 A549 세포는 TNF 유전자 이입 후에 MnSOD mRNA 발현의 증가가 관찰되었으나 이는 모세포에 외부에서 TNF를 주었을 때도 관찰되었다. 결 론 : 세포주에 TNF 유전자를 이입하여 TNF를 발현하게 하였을때 세포 자신은 TNF에 대해 내성을 하게 되는데, 이 획득내성은 MnSOD 발현 능력의 향상에 의한 것은 아닐 것으로 판단되나 각 세포주의 자연 상태의 TNF에 대한 감수성 여부는 MnSOD의 발현 차이가 관련될 것으로 생각된다.