Role of miRNAs in MAPK signaling and epithelial to mesenchymal transition

Abstract

miRNA는 이온화 방사선 (IR, ionizing radiation)에 대한 세포 반응을 표적 유전자의 번역단계에서 조절한다. 본 연구에서는 miRNA에 의한 암발생조절을 연구하기 위하여 방사선치료저항성 및 상피세포의 간엽세포화 조절에 관련되는 miRNA를 발굴하고, 그 기능을 분석하였다. 방사선치료저항성에 관련된 miRNA 연구를 위하여 H1299 폐암 세포에 이온화방사선을 처리한 뒤, microarray를 이용하여 전체 miRNA 발현의 변화를 시계열분석 (time series anaylsis) 으로 알아보기 위한 연구를 수행하였다. Variance analysis에 근거하여 IR에 의해 유의하게 변하는 miRNA들을 선택하였고, 이러한 miRNA의 예상되는 표적 mRNA들중에 MAPK (mitogen-activated protein kinase) 신호전달에 관련된 유전자가 유의미한 수준으로 많이 존재하였다. H1299 세포에 SP600125를 사용하여JNK (c-Jun N-terminal kinases) 활성을 저해한 후에, 이온화방사선을 조사하면 miR-26b의 발현이 유도되었다. 이를 통해 이온화방사선에 의해 유도된 ATF2의 증가는 miR-26b의 억제로 인하여 협동적으로 일어나는 것이며, 결국 MAPK 신호전달 경로에서 이온화방사선의 효과를 증진시킬 것이라는 것을 알 수 있었다. 상피세포의 간엽세포화 (EMT, epithelial-mesenchymal transition)는 암세포의 이동, 침습 및 전이와 관련있다. EMT와 관련된 12개의 유전자의 번역을 억제할 것으로 예측되는 34개의 miRNA중에서 miR-506가 많은 EMT 유전자들을 동시에 억제할 수 있었다. 특히 유방암에 대한 miRNA 발현분석 데이터 (GSE22216)에 대한 메타 분석(>98% patients, n = 202)에서 miR-506의 발현이 유방암 환자의 생존과 유의미하게 연관되어 있었다. miR-506의 발현이 증가한 경우 vimentin (VIM), snail homolog 2 (SNAI2), cluster of differentiation 151 (CD151)과 같은 간엽세포 관련 유전자들의 발현이 감소하였다. 유방암에서 EMT를 유발하는 것으로 알려져 있는 nuclear factor-kappa B (NF-κB)가 miR-506의 promoter region에 결합하여 miR-506의 발현을 억제하였다. miR-506의 과발현은 NF-κB이 존재함에도 불구하고 정상 유방상피세포주인 MCF10A cells의 TGFβ에 의한 간엽세포화를 억제하였다. 또한 miR-506의 과발현이 MB231 유방암세포의 adhesion, invasion, migration을 억제할 수 있었다는 것을 확인하였다. 이러한 결과로부터 NF-κB가 miR-506의 발현을 억제함으로써 EMT 관련 유전자의 발현이 증가한다는 것을 증명하였다. 이를 통하여 miR-506 억제는 TGFβ 또는 NF-κB에 의해 유도되는 EMT과정에 반드시 필요한 단계임을 알 수 있었다.

miRNA regulates cellular responses to ionizing radiation (IR) through translational control of target genes. In the first study I analyzed time-series changes in miRNA expression following irradiation in H1299 lung cancer cells and selected significantly changed miRNAs based on ANOVA analysis. Predicted target mRNAs were enriched in MAPK signaling, uncovering that the expression of miR-26b was down regulated, and its target ATF2 was up regulated in irradiated cells. When c-Jun N-terminal kinase activity was inhibited, expression of miR-26b was induced following irradiation. From these results, I concluded that IR-induced up-regulation of ATF2 was coordinately enhanced by suppression of miR-26b in lung cancer cells, which may enhance the effect of IR in the MAPK signaling pathway. Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is associated with increased aggressiveness, invasive and metastatic potential. In the second study enrichment analysis leads me to the selection of miR-506 which was significantly related to breast cancer patient survival (>98% patients) and targeting several EMT marker genes. Overexpression of miR-506 could suppress the expression of VIM1, SNAI2 and CD151 in MB231 human breast cancer cell lines. NF-κB binds to the upstream promoter region of miR-506 to suppress the transcription. Over expression of miR-506 inhibited TGFβ-induced mesenchymal transition even in presence of NF-κB, and suppressed cell adhesion, invasion and migration of MB231 cells. From these results, I conclude that miR-506 play a key role in the process of NF-κB- and TGFβ-mediated EMT through the post translational control of EMT-related genes.