Activation of NF- in Lung Cancer Cell Lines in Basal and TNF- Stimulated States

Background : The NF-${\kappa}B$ transcription factors control various biological processes including the immune response, acute phase reaction and cell cycle regulation. NF-${\kappa}B$ complexes are retained in the cytoplasm in the basal state and various stimuli cause a translocation of the NF-${\kappa}B$ complexes into the nucleus where they bind to the ${\kappa}B$ elements and regulate the transcription of the target genes. Recent reports also suggest that NF-${\kappa}B$ proteins are involved in oncogenesis, tumor growth and metastasis. High expression of NF-${\kappa}B$ expression was reported in many cancer cell lines and tissues. The constitutive activation of NF-${\kappa}B$ was also reported in several cancer cell lines supporting its role in cancer development and survival. The anti-apoptotic action of NF-${\kappa}B$ is important for cancer survival. NF-${\kappa}B$ also controls the expression of several proteins that are important for cellular adhesion (ICAM-1, VCAM-1) suggesting a role in cancer metastasis. In lung cancer, high expression levels of the NF-${\kappa}B$ subunit p50 and c-Rel were reported. In fact, high expression does not mean a high activity, and the activation pattern of NF-${\kappa}B$ in lung cancer has not been reported. Materials and Methods : In this study, the NF-${\kappa}B$ nuclear binding activity in the basal and TNF-${\alpha}$ stimulated states were exmined in various lung cancer cell lines and compared with the normal bronchial epithelial cell line. Twelve lung cancer cell lines including the non-small cell and small cell lung cancer cell lines (A549, NCI-H358, NCI-H441, NCI-H552, NCI-H2009, NCI-H460, NCI-H1229, NCI-H1703, NCI-H157, NCI-H187, NCI-H417, NCI-H526) and BEAS-2B bronchial epithelial cell line were used. To evaluate the NF-${\kappa}B$ expression and DNA binding activity, western blot analysis and an electrophoretic mobility shift assay with the nuclear protein extracts. Results : The basal expressions of the p65 and p50 subunits were observed in the BEAS-2B cell line and all lung cancer cell lines except for NCI-H358 and NCI-H460. The expression levels of p65 and p50 were increased 30 minutes after stimulation with TNF-${\alpha}$ in BEAS-2B and in 10 lung cancer cell lines. In the NCI-H358 and NCI-H460 cell lines, p65 expression was not observed in the basal and stimulated states and the two p50 related protein levels were higher after stimulation with TNF-${\alpha}$ These new proteins were smaller than p50 and are thought to be variants of p50. In the basal state, NF-${\kappa}B$ was nearly activated in the BEAS-2B and all lung cancer cell lines. The DNA binding activity of the NF-${\kappa}B$ complexes was markedly higher after stimulation with TNF-${\alpha}$ In the BEAS-2B and all lung cancer cell line except for NCI-H358 and NCI-H460, the activated NF-${\kappa}B$ complex was a p65/p50 heterodimer. In the NCI-H358 and NCI-H460 lung cancer cell lines, the NF-${\kappa}B$ complex was variant of a p50/p50 homodimer. Conclusion : The NF-${\kappa}B$ activation pattern in the lung cancer cell lines and the normal bronchial epithelial cell lines was similar except for the activation of a variant of the p50/p50 homodimer in some lung cancer cell linse.

폐암 세포에서 기저 상태와 TNF- 자극 시 NF-의 활성화

연구배경 : Nuclear factor ${\kappa}B$ (NF-${\kappa}B$)는 면역기능, 급성기 반응, 세포주기 조절 등 다양한 세포활동을 조절하는 전사인자로서 외부 자극에 의해 세포질에 존재하던 NF-${\kappa}B$가 핵 속으로 이동되어 여러 유전자의 ${\kappa}B$ element에 결합하여 그 유전자의 전사를 가져온다. 최근 들어 암의 발생과 증식 및 전이에 있어 NF-${\kappa}B$의 역할이 주목받고 있다. 즉, 여러 종류의 암세포에서 NF-${\kappa}B$의 과발현 및 지속적인 활성화가 알려져 NF-${\kappa}B$와 암의 발생 및 증식과의 관련성이 제시되고 있고, NF-${\kappa}B$의 항 아포프토시스 기능은 암세포의 생존에서 중요한 역할을 하는 것으로 이해되고 있다. 또한 ICAM-l, VCAM-l 등 세포 부착물질의 발현에 영향을 끼쳐 암 전이와의 관련성도 제시되고 있다. 폐암에서 NF-${\kappa}B$의 역할에 관한 연구는 많지 않은 상태로 폐암 조직 및 폐암 세포주에서 p50과 c-Rel의 과발현이 보고된 바 있다. 그러나 NF-${\kappa}B$의 과발현이 NF-${\kappa}B$의 활성화를 의미하는 것은 아니며 현재까지 폐암 세포에서 NF-${\kappa}B$의 활성화 유무에 관한 연구는 없는 실정이다. 방 법 : 본 연구에서는 정상 기관지 세포주와 폐암 세포주에서 기저 상태와 외부 자극에 의한 NF-${\kappa}B$의 활성화를 비교하여 폐암 세포에서 NF-${\kappa}B$의 활성도를 평가하였다. 정상 기관지 상피세포로는 BEAS-2B 세포주를 사용하였고 폐암 세포주로는 A549, NCI-H358, NCI-H441, NCI-H522, NCI-H2009, NCI-H460, NCI-H1229, NCI-H1703, NCI-H157, NCI-H187, NCI-H417, NCI-H526 등 12종을 실험에 사용하였다. NF-${\kappa}B$의 활성화는 p65와 p50의 핵내 발현과 electrophoretic mobility shift assay (EMSA)를 이용한 NF-${\kappa}B$ DNA binding activity로 평가하였다. 결 과 : NCI-H358과 NCI-H460 세포를 제외한 모든 폐암 세포주와 BEAS-2B 세포의 기저상태에서 핵 단백질내에 p65와 p50의 발현이 관찰되었다. TNF-$\alpha$로 자극하고 30분이 경과한 후에는 핵 내 p65와 p50의 발현이 증가하였다. NCI-H358과 NCI-H460 세포에서는 기저 상태와 TNF-${\alpha}$ 자극 시 핵 단백질 내의 p65의 발현이 관찰되지 않았고 TNF-${\alpha}$ 자극했을 때에도 p65의 발현은 증가하지 않았다. 그러나 이 두 세포주에서는 TNF-${\alpha}$로 자극 시 p50보다 분자량이 작은 두 종의 단백질의 발현이 증가되어 p50의 변형된 형태로 생각되었다. 기저 상태에서의 NF-${\kappa}B$의 DNA 결합능은 실험에 사용한 모든 세포주에서 거의 관찰되지 않았고 TNF-${\alpha}$ 자극 시 유의하게 증가하였다. TNF-${\alpha}$ 자극으로 활성화된 NF-${\kappa}B$ complex는 NCI-H358 과 NCI-H460을 제외한 모든 세포주에서는 p50/p65 heterodimer로 확인되었고 NCI-H358과 NCI-H460에서는 변형된 p50/p50 homodimer가 활성화되었다. 결 론 : 이상의 결과로 일부 폐암 세포주에서 외부 자극으로 활성화된 NF-${\kappa}B$ complex의 구성에 차이를 보였지만 전체적으로는 정상 기관지 세포주와 비교해 폐암 세포해서 NF-${\kappa}B$ 활성화에 있어 큰 차이가 없었다.