IL-1β-induced SIRT1 Upregulates Expression of Pro-inflammatory Cytokines via Deacetylation of c-Jun in Human Colon Cancer HCT-116 Cells

Abstract

SIRT1은 히스톤 (histone) 및 단백질 탈아세틸효소 (deacetylase)로, 세포 주기, 칼로리 제한 등의 다양한 생체 내 신호 전달에 관여한다. 이러한 SIRT1의 발암과정에서의 역할은 분분하다. 하지만 최근 학계에 발표된 연구 결과에 따르면, SIRT1은 다양한 암세포 및 암조직에서 높은 수준으로 발현되어 있으며, 이것이 발암과정을 가속화할 것이라고 보여지고 있다. 인체 대장암세포에 과발현되어 있는 IL-1β는 친염증성 사이토카인으로써, 전이나 신혈관생성 인자들의 분비를 통해 종양의 촉진과 진행에 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 이렇듯 IL-1β 와 SIRT1 모두 발암과정에 관여한다고 알려져 있지만, 두 단백질이 협력하였을 때 어떠한 기전을 통해 발암과정에 기여하는지는 증명된 바가 없다. 따라서, 본 연구에서는 두 단백질의 발암과정 촉진 효과를 탐구하고 그 기전을 규명하고자 하였다. 인체 대장암 상피 세포 (HCT-116)에 IL-1β를 처리하였을 경우, SIRT1의 단백질 발현이 증가되어 있음을 확인하였다. 또한, 대장암 조직의 여러 소분자들이 암세포의 성장을 촉진시킨다는 보고에 기반하여, 본 연구에서는 IL-1β에 의해 과발현된 SIRT1이 다른 친염증성 사이토카인의 생성을 촉진시킬 수 있는지 규명하고자 하였다. 과발현된 SIRT1은 친염증성 사이토카인으로 알려져 있는 IL-6, IL-8과 IL-1β의 mRNA 전사를 증가시켰다. 이러한 과정에서, SIRT1이 친염증성 사이토카인 전사조절인자 AP-1의 구성요소인 c-Jun 을 조절함을 확인하였고, 이 것이 SIRT1과 c-Jun간의 직접적인 결합에 의한 것임을 Immunoprecipitation assay를 통해 알 수 있었다. siRNA를 이용하여 SIRT1 유전자를 knockdown시킨 경우, IL-1β 처리에 의해 유도된 c-Jun의 핵 내 이동 및 DNA 결합능력이 현저히 억제되었다. 이러한 현상은 SIRT1 활성 억제제인 nicotinamide (NAM)에 의해서도 제한되었고, 이는 곧 SIRT1이 c-Jun을 조절함에 있어서 탈아세틸화 활성 (deacetylase activity)이 중요한 역할을 할 것임을 시사한다. Anchorage independent growth assay 및 wound healing assay에서 IL-1β에 의해 유도된 인체대장암 세포의 증식 및 이동성이 nicotinamide에 의해 억제되는 현상 역시 SIRT1의 탈아세틸화 활성이 중요함을 뒷받침한다. SIRT1은 IL-6와 IL-8, IL-1β 뿐만 아니라, IL-1β의 수용체인 IL-1 Receptor 1의 mRNA 전사를 증가시킴을 확인하였고, 이에 따른 IL-1β 와 SIRT1 간의 positive feedback loop이 형성되어 암화과정에 기여하는 것으로 사료된다. 결론적으로, 종양미세환경에 과발현되어 있는 IL-1β는 다른 친염증성 사이토카인의 분비를 증가시켜 암화를 촉진시킬 수 있는데, SIRT1은 이 기전의 중요 매개체로 작용하여 이 유전자들의 전사인자인 c-Jun의 핵 내 이동을 조절함으로써 발암 기전을 제어할 수 있다. 따라서 SIRT1의 활성을 조절함으로써 종양미세환경에서 분비되는 다양한 물질들에 의한 발암 과정 제어의 가능성을 제시하는 바이다.

SIRT1 is a mammalian NAD+-dependent deacetylase, which is known to be involved in a variety of physiological events, including calorie restriction and cellular senescence. The role of SIRT1 in tumorigenesis is still controversial. However, recent studies have reported that overexpression of SIRT1 is observed in many types of cancer, suggesting its oncogenic potential. A pro-inflammatory cytokine, Interleukin-1β (IL-1β), has also been implicated as a major factor in tumor promotion and progression via production of metastatic and angiogenic small molecules. However, the mechanism by which IL-1β and SIRT1 coordinately stimulate tumorigenesis remains unclear. In the present study, IL-1β was found to upregulate SIRT1 protein expression in human colon cancer HCT-116 cells. IL-1β-induced SIRT1 upregulation led to enhanced levels of mRNA transcript of pro-inflammatory cytokines, IL-6, IL-8, and IL-1β. This phenomenon is mediated through the direct binding of SIRT1 to c-Jun, the major component of activator protein-1 (AP-1) transcription factor complex. Knock-down of SIRT1 prevented IL-1β-induced nuclear accumulation of c-Jun, and subsequently abolished DNA binding activity of AP-1. Furthermore, nicotinamide (NAM), a SIRT1 inhibitor, abrogated colon cancer cell colony formation and migration induced by IL-1β, signifying the role of SIRT1 in colon cancer development. In addition, SIRT1 upregulated mRNA expression of IL-1R1, the specific receptor for IL-1β, indicative of a possible existence of positive feedback loop of IL-1β/SIRT1. In summary, IL-1β-induced SIRT1 upregulation stimulates production of pro-inflammatory cytokines by facilitating nuclear accumulation of c-Jun, which may lead to colon cancer promotion and progression.