암세포 및 피부섬유 아세포의 이동능에 미치는 순환 엑소좀의 역할

Abstract

종양 유래 엑소좀(Tumor derived exosome:TDE)은 암의 미세 환경의 형성을 촉진하여 종양-기질간 신호 전달을 매개할 뿐 아니라 암의 성장, 전이, 항암제 내성 획득, 면역반응 회피에 영향을 미친다. 특히 TDE는 암의 전이에 핵심적인 역할을 한다는 것이 많은 연구에서 밝혀지면서 중요한 인자로 다루어지고 있다. 그러나 암세포의 전이 성공 여부에 핵심적인 역할을 하는 순환계 내에서 혈액 순환 종양 세포(CTC: Circulating Tumor Cells)의 수는 혈액 1 mL 당 1-10개로 전체 순환계 존재 세포수에 비하여 극히 일부에 불구하다. 따라서 순환계 내의 엑소좀의 대부분은 혈액 내 대부분을 차지하는 세포인 적혈구와 혈소판에서 유래된다. 하지만 현재까지 TDE만이 암의 성장 및 전이에 영향을 줄 것이는 선입견에 의하여 때문에 순환계에 존재하는 엑소좀(Circulating exosomes: CE)이 암세포에 미치는 영향에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 순환계 유래 엑소좀이 암세포의 이동능을 향상 시키는데 중요한 역할을 할 수 있다는 것을 규명하였다. 침습성이 높은 전립선 암세포주인 LNCaP 세포와 gefitinib 저항성 HCC827 폐암 세포 등 다양한 암세포주에서 엑소좀 농도 의존적으로 암세포의 이동능이 증가함을 확인하였다. 이에 대한 기전으로 단시간 반응성 경로로는 TGFβ-RhoA 경로가 작동하며 장시간 반응성 경로로는 TGFβ-smad-EMT(Epithelial-Mesenchymal transition) 경로가 관여함을 확인하였다. 또한 클라트린 의존성 경로(CME: Clathrin mediated pathway)가 암세포에서 CE의 함입에 일부 관여한다는 사실을 확인하였다. 추가적으로 순환계 엑소좀이 암세포의 이동능을 크게 증가시킨다는 점에 착안하여 일차 분리 피부 섬유 아세포에 CE를 처리하여 상처 치유 효과를 관찰하였다. 그 결과 초기와 후기 passage 섬유 아세포 모두에서 상처 치유능이 대조군에 비하여 크게 증가하는 것을 확인하였으며, 이 또한 암세포와 유사하게 TGFβ 경로가 관여하였다. 대표적 상처 치료제로 사용되는 표피 성장 인자(epidermal growth factor)가 노화된 피부세포에서 반응성이 떨어지는 것을 고려할 때, 후기 passage에서도 CE가 강력하게 상처 치유 효과를 나타내는 것은 임상적으로 중요한 의의가 있다. 이는 추후에 CE가 피부 재생 목적으로 활용 될 수 있음을 뜻한다. 본 연구는 순환계 유래 엑소좀이 암 세포의 이동능에 있어서 중요한 역할을 한다는 것을 최초로 규명하였다. 순환계 유래 엑소좀이 암 세포의 이동능에 중요하게 관여한다는 것은 암의 전이 예방에 활용 될 수 있는 중요한 의의가 있다. 또한 본 연구에서는 피부 재생에 있어서 순환계 유래 엑소좀의 활용 가능성을 추가적으로 제시하였다.

Tumor derived exosome (TDE) promotes the formation of a tumor microenvironment, mediating tumor-stroma signaling. TDE can influence cancer growth, metastasis, resistance to chemotherapy,\ and immune response avoidance. In particular, many studies have revealed that TDE plays an important role in the metastasis of cancer. However, the presence of circulating tumor cells (CTCs) within the circulatory system is limited to 1-10 per 1 mL of blood. Thus, most of the exosomes in the cardiovascular system are derived from red blood cells and platelets, which are the majority of the blood. However, the physiological roles of circulating exosomes (CE) is relatively unknown. In this study, it was showed that CE functions as an important mediator for cancer cell migration. The migratory ability of cancer cells is displayed in a CE concentration-dependent manner in various cancer cell lines such as highly invasive prostate cancer cell line LNCaP cells and gefitinib resistant HCC-827 lung cancer cells. As mechanisms for this, the TGFβ-RhoA pathway was involved in the short-term reactive pathway and TGFβ-Smad-EMT (Epithelial-Mesenchymal transition) pathway in the long-term reactive pathway. In addition, it was found that the some portion of CE uptake was through clathrin-mediated endocytosis. I further demonstrated that wound healing activity is significantly increased by CE treatment in primary dermal fibroblasts. The wound healing ability of primary dermal fibroblast was similarly powerful in both early and late passage fibroblasts compared to vehicle-treated control. In a similar way to cancer cells, TGFβ-Smad pathway was also involved in dermal fibroblast which indicate that CE could be applied for skin regeneration purposes instead of epidermal growth factor. Overall, this study demonstrates for the first time that CE is a critical factor for cancer cell migration and skin regeneration.