방사선에 조사된 인체세포주(A431)에서 형태학적 분석법과 생화학적 분석법을 이용한 방사선 유도 세포고사에 관한 연구

Studies on the Radiation Induced Apoptosis by Morphological and Biochemical Analysis in A431 Cells

목적 : 방사선 조사로 피부 세포가 세포고사라는 과정을 통하여 세포사에 이르는지를 확인하고, 피부세포에서 방사선에 의해서 세포고사가 유도된다면 방사선 양과 방사선 조사 후 경과시간에 따라서 어떻게 변하는지를 밝혀보고자 하였다. 또한 세포고사를 연구하기 위해 형태학적인 분석법과 생화학적인 분석법을 서로 비교함으로써, 세포고사를 정확하고 편리하게 연구할 수 있는 방법을 찾아보고자 하였다. 대상 및 방법: 한국세포주 은행으로부터 분양받은 피부상피암 세포의 일종인 A431을 Cs-137 세포조사기(Gammacell 3000 Elan, Nordion, Canada)를 이용하여 0 Gy, 2 Gy, 5 Gy, 10 Gy, 25 Gy씩 조사하고 4, 7, 12, 24시간이 지난 다음 세포($5{\times}10^6$ cells/ml)를 모아 분염법, 형광현미경에 의한 고사세포 관찰, 세포배양액의 젖산탈수소효소 활성도 측정, DNA ladder관찰 등을 시행하였다. 각 실험군간의 통계적 유의성은 SPSS 통계프로그램을 사용하여 MANOVA test에 의해 검정하였으며 P값 0.05미만을 유의한 수준으로 판정하였다. 결과: 방사선량에 따른 그리고 방사선 조사 후 시간에 따른 세포생존율의 변화를 관찰하기 위하여 분염법을 시행한 결과 방사선량별로, 그리고 방사선 조사 후 시간에 따라서 세포생존율이 감소됨을 확인하였다. 세포고사가 유도될 때 가장 확실하게 나타나는 형태학적인 변화가 바로 세포고사 소체의 출현이었다. 방사선량별로 조사한 실험군에서 나타나는 세포고사 소체(%)는 대조군에 비하여 시간이 경과되면서 출현율이 증가하였으며, 특히 방사선 조사 후 12시간에서 유의하게 증가하였다. 방사선을 조사하지 않은 대조군의 LDH 활성도는 $0.2{\pm}0.05$인데 비해 방사선을 조사했을 경우 점점 증가하여 25 Gy 조사 24시간에는 $2.5{\pm}0.1$로 증가하였다(p<0.01). 피부상피암 세포에 방사선을 2 Gy 조사한 다음 4시간에 해당되는 실험군에서는 전기영동상에 ladder가 관찰되지 않았는데 12시간 경과된 실험군에서는 ladder를 확인할 수 있었다. 한편 5 Gy, 10 Gy, 25 Gy를 조사한 실험군에서는 방사선 조사 후 4시간부터 ladder를 확인할 수 있었다. 결론: 피부상피암 세포에서 방사선에 의해 유도되는 세포사는 주로 세포고사를 통해 일어난다는 사실을 알 수 있었는데, 그 가운데서 DNA의 변화는 전기영동상의 ladder를 통하여 방사선 조사후 4시간에서부터 관찰되었으며, 핵의 변화는 12시간에 큰 차이를 나타낸 것으로 보아 세포고사가 형태학적으로 관찰되기 전에 미리 세포고사에 관한 유전정보가 전달되었음을 알 수 있었다.

Purpose: We performed this study to evaluate the process of radiation induced apoptosis in A431 skin epithelial cancer cell line. Materials and Methods: Low to high dose radiation (0, 2, 5, 10, 25 Gy) was given to A431 cells by Cs-137 cell irradiator. Apoptosis was evaluated by cell morphology, dye exclusion test, and DNA laddering. Results: Cell viability decreased as the radiation dose increased. Number of apoptotic bodies increased as radiation dose increased. It increased most significantly at 12 hours after irradiation. Lactate dehydrogenase activity in culture medium increased according to radiation dose and time after irradiation. DNA ladders could be identified in irradiated cells, but, it had no correlation with radiation dose or time after irradiation. Conclusion: Radiation-induced apoptosis which was the main course of cell death in A431 cells could be analyzed quantitatively by counting apoptotic bodies under microscope. Apoptosis increased as radiation dose increased.