암세포에서의 Period 유전자의 발현과 기능에 관한 연구

Abstract

많은 생물체들은 밤•낮의 주기에 따라 생리적•행동적 활성이 반복적으로 변하며 이는 생체 시계에 의해 조절된다. Period(Per) 유전자는 주요 생체 시계 유전자로서 Per1, Per2, Per3 등 3종류가 있으며, 최근 연구에 의하면 생체 리듬의 조절 이외에 세포 주기, DNA damage checkpoint, 암 등과 관련이 있다고 밝혀졌다. 종양 세포에서 Period의 발현량이 정상 세포에 비해 억제되어 있으며, Period를 암세포에서 과발현시킬 경우 세포 증식이 억제되고 apoptosis이 유도된다고 보고된 바 있다. 본 연구에서는 다양한 세포에서 Period의 종양 억제자로서의 기능을 알아보고자 하였다. 먼저 암세포에서 Period의 발현 억제가 모든 암세포에서 공통적인 현상인지 알아보기 위해 HeLa 세포와 HCT116 p53+/+세포, HCT116 p53-/-세포, U2OS세포 등 4종류의 암세포와, 정상세포인 NHF 세포를 사용하여 Per1, Per2, Per3의 발현량을 살펴보았다. 그 결과 암세포들에 비해 정상세포인 NHF 세포에서 Period 단백질들의 발현량이 매우 적었으며, 특히, Per1은 암세포들과 NHF 세포 사이의 발현량 차이가 최소 200배 이상 났다. 하지만 Period의 RNA 발현량은 3종류의 Period 모두 암세포들과 NHF 세포 사이에서 2배 내외의 차이를 보여 단백질의 발현량에 비해 큰 차이를 보이지 않았다. 한편, HeLa 세포와 HCT116 p53+/+세포, HCT116 p53-/-세포 중 HeLa 세포만 Period의 과발현에 의해 세포 증식이 억제되고 apoptosis가 유도되었다. 또한 HeLa 세포와 HCT116 p53-/-세포에서 Period의 과발현에 의해 DNA damage checkpoint가 활성화되었는데 이는 Period의 과발현에 의한 apoptosis가 DNA damage checkpoint와 관련 있음을 시사한다. Period를 과발현시킨 후, stress-activated kinase의 일종인 JNK와 ERK, p38 MAPK의 활성화를 살펴본 결과 HeLa세포에서는 apoptosis를 유도하는 p38 MAPK가 활성화되었고, HCT116 p53+/+세포와 HCT116 p53-/-세포에서는 apoptosis를 억제하는 ERK가 활성화되었다. 이는 Period의 과발현에 의한 apoptosis 유도 과정에 p38 MAPK가 관여한다는 것을 보여준다. 이상의 결과를 종합해보면, Period의 발현은 단백질 수준에서 조절되며, 특정 암세포에서의 Period의 과발현에 의한 apoptosis는 DNA damage checkpoint와 p38 MAPK가 관련 있음을 보여준다.

The physiological and behavioral activities of many organisms oscillate during the daily light/dark cycles and are regulated by circadian clock. Recent studies have shown that circadian clock genes are involved in cell cycle, DNA damage checkpoint, cancer as well as in regulation of circadian rhythm. Among mammalian circadian clock genes, Period(Per) genes also function as tumor suppressors. In this study, I examined the expressions and functions of three Period genes as tumor suppressors in human cancer cells. The expression level of Period proteins in NHF cells was much lower than other cancer cells. But there was no significant difference in RNA expression levels between NHF cells and cancer cells in comparison with difference in Period protein levels. Period overexpression suppressed cell growth and induced apoptosis in HeLa cells. Chk2 was activated by Period overexpression in HeLa cells and HCT116 p53-/- cells, indicating that apoptosis induced by Period overexpression is involved in DNA damage checkpoint. Period overexpression activated pro-apoptotic protein p38 MAPK in HeLa cell, but anti-apoptotic protein ERK in other cancer cells which survived when Period genes were overexpressed. These results suggest that the expression of Period genes is regulated at post-translational step, and Period overexpression-induced apoptosis mechanism in cancer cells is involved in DNA damage checkpoint and p38 MAPK.