Effects of Sodium Butyrate on the Biosynthesis of Sphingolipids in HT29, a Human Colon Cancer Cell Line

Sodium Butyrate 처리가 대장암 세포주인 HT29 Cell의 Sphingolipid 생합성에 미치는 영향

Butyrate is one of the short-chain fatty acids that are present in the colon of mammals in millimolar concentration as a result of microbial anaerobic fermentation of dietary fiber, undigested starch, and proteins. In this study, sodium butyrate was examined in HT29 cell, human colonic cancer cell line, on cell viability, alkaline phosphatase activity, PLC-${\gamma}$1 expression and complex sphingolipid biosynthesis. Treatment with butyrate showed that the decrease of cell adhesion and viability was time-dependent. Sodium butyrate also induced to increase the activity of alkaline phosphatase which is a differentiation marker enzyme and decrease the expression of PLC-${\gamma}$1. Biosynthesis of sphingomyelin and galactosylceramide by butyrate treatment were decreased so fast but ceramide was increased 680dpm/mg protein% more than untreated group on first day and then decreased fast. In addition, acid ceramidase and neutral ceramidase activity were inhibited early stage by sodium butyrate. These results suggest that sodium butyrate causes cell differentiation or cell growth arrest of HT29 cell accompanied by early increase of ceramide content and alkaline phosphatase activity and decrease of galactosylceramide content and PLC-r1 expression.

Butyrate는 탄소사슬이 짧은 지방산 중 하나로 소화되지 않은 식이성 섬유의 혐기적 발효결과 포유동물의 위장관내에 millimolar 농도로 유지되며 대장의 상피세포에서 흡수되어 energy원으로 사용된다. 70%정도 confluent하게 자란 사람의 대장암세포주인 HT29 cell에 5mM sodium butyrate를 시간별로 처리하고 세포의 생존율, 암세포의 분화정도의 biomarker로 알려진 alkaline phosphatase 및 PLC-rl의 발현정도를 측정하였으며 sphingolipid의 생합성 및 ceramidase 활성도 측정하였다. Sodium butyrate 처리는 성장중인 HT29 cell의 부착을 저해하여 처리 1일째부터 세포수가 감소하였고 형질막 효소인 alkaline phosphatase의 발현을 증가시켰으며 PLC-${\gamma}$의 발현을 감소시켰다. 또한, 복합 sphingolipid들의 생합성을 측정한 결과, 세포성장의 저해와 함께 sphingomyelin은 2일째부터 감소하였으며, galactosyl ceramide는 1일째부터 급속히 감소하였다. 그러나 ceramide의 경우, 1일째는 처리하기 전보다 680dpm/mg protein정도 증가하였으며 2일째에는 다시 급속히 감소하였다. 또한 butyrate처리에 의하여 HT29 cell의 acid ceramidase와 neutral ceramidase활성이 저해됨을 관찰하였는데 그 결과 ceramide함량이 초기에 증가된 것으로 생각된다. 본 실험결과들로부터 HT29 cell의 sodium butyrate처리는 세포분화 또는 세포성장저해를 가져오는데 이와 함께 초기의 ceramide함량 및 alkaline phosphatase활성의 증가와 galactosylceramide함량 및 LC-rl 발현의 감소현상이 동반됨을 알 수 있다.