I. 제목
암 질환 환경에서 오토페이지를 통한 Cystatin SN 기능 연구
II. 연구개발의 목적 및 필요성
본 과제의 연구 목표는 Cystatin superfamily 중 Cystatin SN (CST1)의 발현과 소화기암과의 관련성을 근거로 CST1 유도의 오토페이지 발현에 따른 암 조절기능 연구를 위해
1) 세포 생물학적 특성 (세포증식, 세포사멸, 전이)에 따른 오토페이지 발현 변화
2) 종양 환자의 시료 (조직과 혈액)를 이용한 암의 단계별 발현 양상 및 예후, 예측에 의한 임상적 유의성과 이에 따른 오토페이지의 발현 변화에 따른 비교 분석,
3) CST1의 발현에 의한 오토페이지의 조절 기전연구,
4) 관련된 cystatin 및 오토페이지와의 상호작용에 관한 연구를 통해 종양화 과정에 대한 CST1과 오토페이지의 상호 역할 및 기능 조절기전을 규명하고자함.
○ 암은 현재 수많은 연구진들에 의해 접근 가능한 모든 방법을 통해서 암정복을 목표로 새로운 유전자 및 단백질의 분석, 그리고 이를 응용한 치료제 개발등에 집중하고 있지만 여전히 암에 대한 이해가 부족한 실정.
○ 검사적인 측면에서 방법이 수월하고 단시간 내, 시료의 상태를 정확한 판단이 가능함과 동시에 경제적 부담이 적은 진단법의 개발은 필수적이며, 암진단 관련 바이오 마커 개발은 대표적 연구패러다임을 보임.
○ 본 연구진은 Cystatin SN (CST1)을 위암 조직에서 정상조직에 비해 과발현됨을 확인하고 임상병리학적 유의성 있는 결과를 얻었으며, 연구결과를 통해 CST1의 위암 암화과정 및 증식, 전이에 깊이 관여함을 밝혀내 CST1의 위암 바이오마커로의 연구 뿐만 아니라 구체적인 기능분석을 수행하였음.
○ 본 연구는 기존의 발암 관련 후보 유전자/단백질들의 대부분에 해당되는 세포 내 발현 단백질이 아닌 세포 외 분비 단백질을 그 연구 대상으로 하고 있으므로 진단 및 표적 마커로의 가능성이 매우 높다고 보여짐.
○ 본 연구는 세포수준에서의 목적 유전자의 발현 조절, 기능 및 그 유전자의 기능을 동물 모델을 이용하여 분석하고자 하기 때문에 응용성에 있어서 큰 장점이 있음.
○ 본 연구의 결과를 바탕으로 새로운 진단시약, 치료제 개발에 관련된 모델 제시하였음.
III. 연구개발의 내용 및 범위
I. CST1의 발현 후 오토페이지의 발현 변화를 통한 세포 생물학적 성상 검정
1) 세포주에 따른 cystatin, cathepsin발현 양상 및 CST1 과발현 또는 발현제어 연구
2) 오토페이지의 발현 유도 또는 발현 억제에 따른 CST1 발현 및 기능 연구
3) 세포사멸, 세포증식, 세포이동시 CST1 및 오토페이지 관련 단백질의 역할 규명
II. CST1 및 오토페이지의 발현에 따른 종양환자의 임상적 의의 규명
1) CST1의 단일/다클론 항체의 개발
2) 종양환자의 단계별 분류 및 조직/혈액시료에서 CST1 및 오토페이지 단백질을 검출함으로 종양에 대한 예측의 척도로서의 CTS1 및 오토페이지의 임상적 의의 규명
III. Cystatin의 발현 조절 및 CST1에 의한 오토페이지 관련 유전자 발현 조절 연구
1) CST1/CST3 promoter assay를 통한 전사 조절 단백질 규명
2) CST1 과발현 세포주를 이용한 microarray 분석 및 오토페이지 관련 유전자 탐색
IV. 암 질환 환경에서 오토페이지를 통한 조절 기전 연구
1) CST1의 결합 단백질 규명 및 오토페이지 조절 물질을 이용한 신호전달관계 규명
2) CST1-CST3-Cathepsin 및 오토페이지 관련 단백질과의 상호관계 규명
3) CST3관련 암 조절 기전에서의 CST1 및 오토페이지의 역할 규명
4) 탐색 유전자의 기능 연구
5) Xenograft 유도 후 CST1의 체내 세포 증식/전이 검정 및 오토페이지의 기능 분석
IV. 연구개발결과
○ Genechip microarray에 의한 CST1 유전자 검증 및 임상 조직과의 비교 분석을 하였음.
○ CST1의 임상병리학적 유의성 검증하였음.
○ CST1 과발현 혹은 knockdown 세포주의 생물학적 특성 분석 (세포 증식, 이동, 사멸)을 수행함.
○ CST1 및 CST3의 과발현에 대한 세포 이동 분석함.
○ CST1과 CST3 단백질 간의 상호결합 분석 및 Cathepsin B와 CST3의 상호결합이 CST1에 의해 방해됨을 확인하고, CST1과 CST3의 상호결합에 의한 cathepsin B의 proteolytic activity의 조절을 확인
○ 대장암 세포주들에서 CST1 발현에 따른 auranofin 유도의 오토페이지 조절능을 분석함.
○ 대장암 세포의 후성 유전 변화에 의한 CST1 발현 및 오토페이지 조절능의 변화에 따른 auranofin 유도의 세포 사멸 패턴 분석
○ CST1 및 오토페이지 조절능 변화에 따른 세포 생물학적 특성 및 연관성을 분석함.
○ CST1 발현 및 오토페이지 조절능 변화에 따른 전사 인자를 분석함.
○ BALB/C nude mice에서의 xenograft 실험에 의한 CST1의 암화 작용 분석을 수행함.
V. 연구개발결과의 활용계획
○ 오토페이지는 세포내·외의 비정상적인 환경 조건에서 세포의 항상성을 유지하기 위한 필수적인 메커니즘이며 정상 및 암세포에서도 항암제의 처리시에 오토페이지의 수준 변화가 유지되고 있다는 최근 보고가 있고, 특히 암 질환에 있어서 중요한 조절 기전으로 항암제 내성 조절과도 상관성이 있을 것으로 판단됨.
○ 또한, 기존의 연구에서 특정의 소화기암 세포주에서의 CST1 발현 정도 서로 다른 이유를 밝히기 위해 후성유전학적 변화에 대한 연구 결과를 토대로 종양유전자 발현 증가 원인을 후성 유전학적인 측면에서 활용 연구가 필요함.
○ 이러한 연구 내용에 의해 추가연구를 위한 가설로서 후성유전의 변화로 증가된 종양유전자는 암화의 촉진을 유발함과 동시에 오토페이지의 발현이 증가되고, 항암제에 대한 내성을 증가시키는 원인이 될 것으로 판단됨.
○ 특정 항암제의 세포 사멸 패턴과 종양유전자의 변화 패턴 분석을 통해서 항암제와 오토페이지 조절 물질 처리 시 항암제 내성 제어에 어떠한 영향이 미치는가에 대한 연구가 필요함.
○ 오토페이지와 종양 유전자의 신호전달 제어 기전 연구 및 종양유전자들의 변화를 이용한 암 동물 모델에서 종양유전자, 항암제, 및 오토페이지 오토페이지와의 상호 조절 연구를 통해 새로운 항암제 내성 극복 방법을 규명 관련 연구를 계획함.