Unraveling the Functional Role of Extracellular Vesicles in Female Cancer and Obesity

Abstract

본 연구는 여성암과 비만에서 세포밖 소포체의 다양한 역할을 설명하고 이들이 종양 미세환경 및 지방 조직 형성에서 매개체로 작용하는 점을 강조하였다.

제1 장에서는 본 연구의 일반적인 개요에 대해 설명하였다. 암 발병률은 전 세계적으로 꾸준히 증가하고 있다. 여성암 중에서도 자궁경부암 및 유방암은 효과적인 스크리닝 방법과 지속적인 검진으로 발병률이 감소하고 있다. 하지만 자궁내막암 및 난소암의 발병률은 계속해서 증가하고 있다. 최근 연구에서는 이런 암 증가 추세가 비만과 미생물 불균형에 의해 발생한다고 제안되었다. 세포밖 소포체는 세포 간 통신을 용이하게 하여 종양 미세환경과 지방 조직의 조절에 기여한다고 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 비만과 미생물 불균형에 영향을 받는 여성암 전이의 메커니즘 측면에서 세포밖 소포체가 미치는 영향을 조사하고자 했다. 세포밖 소포체가 여성암의 종양 미세환경에서 종양 전이를 촉진하고 지방 생성을 조절하는데 기여하는 기전에 대해 설명한다.

제2 장에서는 대사증후군이 자궁내막암 발병률에 미치는 영향을 설명하였다. 약 280만명의 한국 성인 여성 코호트를 이용했다. 그 결과, 폐경 유무와 상관없이 대사증후군이 있는 여성은 없는 여성에 비해 자궁내막암 발병 위험이 높았다. 흥미롭게도, 대사증후군의 있을 경우 폐경 후 여성보다 폐경 전 젊은 여성에게서 더 높은 자궁내막암 발생 위험도가 확인되었다. 대사증후군 구성요소 중에서 특히 비만과 관련된 허리둘레는 자궁내막암 발병과 가장 큰 관련성을 보였다. 대사증후군과 비만은 전 세계적으로 증가하고 있는 추세이기 때문에 이는 원래 폐경 후 여성에게 자주 발생하는 암으로 알려져 있던 자궁내막암이 최근 젊은 여성에게 발생하는 빈도가 높아진 이유를 간접적으로 설명하였다. 본 연구는 대사증후군 및 그 구성요소, 특히 내장비만이 자궁내막암의 위험 요소로 작용할 수 있는 것을 규명하였다. 본 연구는 2022년 Frontiers in Oncology에 개제되었다.

제3 장에서는 저산소상태의 난소암 세포에서 유래한 세포밖 소포체가 난소암 세포의 전이능에 미치는 영향을 조사하였다. 저산소상태는 고형 종양의 종양미세환경의 특징 중 하나로, 저산소상태일때 난소암은 전이가 증가한다고 알려져 있다. 우리는 여기에 세포밖 소포체가 관여한다고 가설을 내렸다. 그 결과 정상 조건보다 저산소 상태일 때 분비되는 세포밖 소포체의 양이 증가했다. 정상 조건에서 유래된 세포밖 소포체 보다 저산소성 난소암 세포에서 유래된 세포밖 소포체가 처리된 난소암 세포에서 더 높은 전이능력을 보였다. 이는 저산소 세포밖 소포체에 상향조절 되어있던 miR-376c-3p에 의한 것임을 추가 실험을 통해 검증하였다. 본 연구는 저산소 상태에서 분비되는 세포밖 소포체가 난소암 전이에 관여한다는 것을 규명하였다.

제4 장에서는 Acinetobacter baumannii에서 유래된 세포밖 소포체 (AEVs) 가 난소암 세포의 전이 능력에 미치는 영향을 조사하였다. 최근 연구에서는 난소암 조직 및 혈액에서 Acinetobacter 종이 증가되어 있다고 보고되었다. A.baumannii는 병원 기회감염균으로 다양한 암 환자의 안 좋은 예후와 관련되어 있다. 우리는 AEVs 난소암 전이에 영향을 미친다고 가설을 내렸다. AEVs는 박테리아 DNA를 전달하여 Toll-like recepor9 (TLR9)의 활성화를 통해 난소암 세포의 전이능력을 향상시키는 것이 확인되었다. 본 연구는 박테리아 유래 세포밖 소포체가 난소암 전이에 관여한다는 것을 규명하였다.

제5 장에서는 박테리아 유래 세포밖 소포체가 비만에 미치는 영향을 조사하였다. 4개의 박테리아 (Staphylococcus aureus, Bifidobacterium breve, Acinetobacter baumannii, 그리고 Jeotagalicoccus halotolerans)에서 유래된 세포밖 소포체를 이용하여 비만 환자 내장지방에서 유래된 지방세포의 분화능 및 지방생성에 미치는 영향을 확인하였다. 그 결과 S.aureus 및 B.breve 에서 유래된 세포밖 소포체는 항비만 효과를 보이는 반면, A.baumannii 및 J.halotolerans에서 유래된 세포밖 소포체는 지방생성을 증가시켰다. 본 연구는 박테리아 유래 세포밖 소포체가 비만을 조절할 수 있는 가능성을 규명하였다.

This study illustrated the diverse role of extracellular vesicles in female cancer and obesity, emphasizing their participation in mediating communication within the tumor microenvironment and the dynamics of adipose tissue.

In Chapter 1, a general introduction of this study. Cancer incidence has been steadily increasing worldwide. Among female cancers, effective screening methods and continuous monitoring have led to a decline in the incidence of cervical and breast cancers. In contrast, the rates of endometrial and ovarian cancers continue to rise. Recent studies suggest that the increasing incidence of endometrial and ovarian cancers may be attributed to obesity and dysbiosis. Research on extracellular vesicles, particularly in various diseases, including cancer, has been actively pursued in recent years. Extracellular vesicles facilitate communication between cells, allowing for the regulation of the tumor microenvironment and dynamics of adipose tissue. Therefore, we aimed to investigate the impact of extracellular vesicles as mediators in the mechanistic aspects of female cancer development influenced by obesity and dysbiosis. We hypothesized that extracellular vesicles may enhance tumor metastasis in the tumor microenvironment of female cancers and modulate the dynamics of adipose tissue, potentially influencing obesity.

In Chapter 2, the metabolic syndrome associated with the development of endometrial cancer was demonstrated. This study was published in the Frontiers in Oncology in 2022. This study, conducted in a Korean nationwide population-based cohort, explored the association between metabolic syndrome and the risk of endometrial cancer. Analyzing data from 2,824,107 adults, the study found that individuals with metabolic syndrome had a higher risk of endometrial cancer compared to those without metabolic syndrome. This association held true for both premenopausal and postmenopausal women. Additionally, the impact of individual metabolic syndrome components on endometrial cancer risk was more significant in premenopausal women. The study concludes that metabolic syndrome and its components may serve as risk factors for endometrial cancer, particularly in premenopausal women.

In Chapter 3, the impact of exosomes derived from hypoxic ovarian cancer cells on the metastatic potential of ovarian cancer cells was investigated. Hypoxic exosomes demonstrated a significantly higher quantity than normoxic exosomes. Treating ovarian cancer cells with hypoxic exosomes resulted in increased migration and invasion abilities. MiRNA sequencing revealed upregulation of miR- 376c-3p in hypoxic exosomes from both ovarian cancer cell lines. Further experimentation validated that miR-376c-3p enhances the migration and invasion abilities of ovarian cancer cells. This study sheds light on the role of hypoxia-induced exosomes in regulating ovarian cancer progression.

In Chapter 4, the impact of Acinetobacter baumannii-derived extracellular vesicles (AEVs) on the metastatic potential of ovarian cancer cells was explored. AEVs were found to enhance the migration and invasion abilities of KURAMOCHI and SKOV-3 cells. The investigation revealed that AEVs significantly increased the expression of TLR9 at both the RNA and protein levels. Treatment with a TLR9 inhibitor resulted in reduced TLR9 gene expression and a decrease in the metastatic ability of ovarian cancer cells. Notably, this study is the first to report that the activation of TLR9 by DNA conveyed through AEVs enhances the metastatic potential in ovarian cancer.

In Chapter 5, the impact of bacterial extracellular vesicles (BEVs) on the adipogenic and lipogenic processes in human visceral adipose-derived stem cells (vASCs) was investigated. Four types of BEVs (Staphylococcus aureus, Bifidobacterium breve, Acinetobacter baumannii, and Jeotagalicoccus halotolerans) were isolated. When treated with Staphylococcus aureus-derived EVs (S-BEVs) and Bifidobacterium breve-derived EVs (B-BEVs), vASCs exhibited inhibited lipid accumulation and downregulated expression of adipogenic and lipogenic markers. In contrast, treatment with Acinetobacter baumannii- derived EVs (A-BEVs) and Jeotagalicoccus halotolerans-derived EVs (J-BEVs) induced adipocyte differentiation and increased lipid accumulation, indicating a pro-adipogenic effect. This study sheds light on the interactions between BEVs and the adipogenic/lipogenic processes in vASCs, suggesting potential implications for obesity-related research.

Keywords: Extracellular vesicles, Bacteria-derived extracellular vesicles, Female cancer, Metastatic potential, Obesity. Student Number: 2018-33846