포유동물 혈관 내피 암세포에서 산화-환원 항상성 조절에 대한 Sephs1의 기능 연구

Abstract

Selenophosphate synthetase (SEPHS) is an enzyme that synthesizes selenophosphate which functions as a donor of selenium when synthesizing selenocysteine. There are two isoforms of SEPHS (SEPHS1 and SEPHS2) in eukaryotes. Out of these two isoforms, only SEPHS2 has synthesis activity. Sephs1 is a crucial gene for maintaining cell functions, and it has been reported that Sephs1 is involved in regulating redox homeostasis. In this study, frameshift mutation was introduced to Sephs1 by CRISPR-Cas9 to investigate the function of SEPHS1. The deficiency of SEPHS1 in 2H11 cells led to the accumulation of superoxide and lipid peroxide, and the reduction of nitric oxide. This was due to the activation of xanthine oxidase and NADPH oxidase 4, which resulted in elevated superoxide generation. Also, the decreased expression of superoxide dismutase 1 and 3 which are in charge of scavenging superoxide caused accumulation of superoxide. The accumulated ROS due to SEPHS1 deficiency caused DNA damage, and finally induced G2/M phase arrest and inhibition of cell proliferation. Furthermore, the angiogenic ability of 2H11 cells was inhibited by the increase of ROS and the decrease of nitric oxide. This study has a significance in that Sephs1-knockout 2H11 cells showed the accumulation of superoxide leading to cell dysfunction such as cell proliferation and angiogenesis.

Selenophosphate synthetase (SEPHS)는 21번째 아미노산인 selenocysteine을 합성할 때 selenium donor로 사용되는 selenophosphate을 합성하는 효소이다. 고등 진핵 생물의 SEPHS은 SEPHS1과 SEPHS2의 두 가지 isoform이 존재하나, 이 중 SEPHS2 만이 효소 활성을 갖는다. 그러나 SEPHS1은 선행연구를 통해 개체의 생존 및 세포의 기능 유지에 필수적인 유전자로서 산화-환원 항상성 조절에 관여한다는 것이 밝혀졌다. 이번 연구에서는 mouse endothelial cancer cell인 2H11 세포에서 SEPHS1의 기능을 규명하고자 CRISPR-Cas9 시스템에 의한 Sephs1 knockout을 유도하고, 이의 결실에 의해 영향 받는 세포의 기능을 조사하였다. 2H11 세포에서 Sephs1 knockout에 따라 superoxide와 lipid peroxide의 축적과 nitric oxide의 감소가 나타났다. Superoxide의 축적은 xanthine oxidase와 NADPH oxidase 4의 활성화에 따라 superoxide의 생성이 증가했고, superoxide dismutase 1과 3 유전자 발현이 감소하여 superoxide가 제거되지 않았기 때문에 발생하였다. SEPHS1의 deficiency로 인해 축적된 산화 스트레스는 DNA damage를 유도하여 Sephs1 knockout 세포에서 G2/M phase arrest를 일으킴으로써 세포 성장을 저해하였다. 또한 증가한 ROS와 감소한 nitric oxide로 인해 혈관 신생 능력이 감소하였다. 본 연구는 Sephs1이 knockout된 혈관 내피 암세포에서 superoxide가 주로 축적되었고, 이로 인해 세포 성장, 혈관 신생과 같은 기능이 저해되었다는 것을 밝혔다는 데 의의가 있다.