Mechanism of tumorigenesis in neural stem cells : Insight of cancer stemness in brain tumor
- 주제(키워드) 도움말 neural stem cells , brain tumor , Ras , SIRT1
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 차혁진
- 발행년도 2014
- 학위수여년월 2014. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 생명과학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000053419
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약 도움말
The important technical barrier for efficient therapy of malignant brain tumor such as glioblastoma multiforme (GBM) is in the presence of glioma stem cells. Because cancer cells with stemness (cancer stem cell, CSC) are resistant to standard therapy such as radio/chemotherapy, a few CSC can be survived and tumor is relapsed. Therefore, it is crucial to find out ‘cell of origin’ of stemness population within glioblastoma and their molecular mechanism. Neural stem cells in the brain have been shown to be ‘cells of origin’ of certain brain cancers, most notably astrocytomas and medulloblastoma through in vivo mouse model. However, it remains to be determined whether this important finding is reproducible in human. Herein, we generated cancerous neural stem cells (F3.Ras CNSCs) by introducing a set of oncogenes to human fetal neural stem cells (hfNSCs). Serial genetic modification with v-myc for immortalization and consequent H-Ras for oncogenic stimulation using retroviral gene delivery proved sufficient to induce the transformation of hfNSCs. The resultant F3.Ras CNSCs evidenced a variety of the hallmarks of brain cancer stem cells, which has characteristics of tumorigenic potential, forming brain cancers consisting of both a large number of differentiated and a very few undifferentiated populations of cells in in vivo mouse model as well as morphological change and anchorage-independent growth in vitro. On the contrary, oligodendrocytes derived from the v-myc expressing parent neural stem cells (F3.Olig2) were not transformed by H-Ras, which suggests that neural stem cells may be more susceptible to cancerous transformation by a combination of oncogenes. I also determined that v-myc expressing fetal neural stem cells (F3) were defective in p53 response upon the introduction of H-Ras; this finding suggests that an insufficient p53-dependent tumor suppressive mechanism would be associated with high oncogenic susceptibility to H-Ras introduction. In addition, I demonstrated that the expression of SIRT1, a NAD+-dependent histone deacetylase, mutually expressed in cancers with neural stemness is critical not only for the maintenance of stem cells, but also for the oncogenic transformation induced by H-Ras. Interestingly, SIRT1 is also essential for the survival and tumorigenicity of F3.Ras CNSCs but not the U87 glioma cell line. The apoptotic susceptibility to the loss of SIRT1 in F3.Ras CNSCs but not in U87 glioma cells results from the mitochondrial localization of p53. Moreover, SIRT1 has a critical role of controlling survival and tumor stemness in glioblastoma stem cells (GSCs), but not their differentiated cells. Consequently, these results indicate that expression of SIRT1 in cancer cells with neural stemness such as F3.Ras CNSCs and GSCs, functions as a key player in suppressing p53-dependent tumor surveillance, of which abrogation may be responsible not only for inducing oncogenic transformation but also for retaining the neural cancer stemness of the cells, suggesting that SIRT1 may be a putative therapeutic target in cancer with neural stemness.
more초록/요약 도움말
현재 일반적인 악성 뇌종양 치료의 가장 큰 문제점은 방사선이나 약물치료에 저항성이 있는 뇌종양줄기세포의 존재에 있다. 즉 치료 후 살아남은 일부 뇌종양줄기세포는 다시 종양을 형성할 수 있는 능력을 지니고 있기 때문에 매우 위험하다. 따라서 악성 뇌종양 내에 존재하는 줄기세포능을 가진 세포의 뇌종양기원세포를 찾고 그 세포의 기전을 연구하는 것은 매우 중요하다. 이미 쥐를 이용한 동물 실험을 통해 성상 세포종과 수모 세포종과 같은 뇌종양의 기원이 되는 세포가 뇌신경줄기세포라는 것은 보고된 바가 있다. 하지만 인간의 경우에도 이러한 현상이 일어나는지에 대한 보고는 밝혀진 바가 없다. 본 연구에서는 인간 태아 유래 뇌신경 줄기세포를 이용하여 v-Myc과 H-Ras 두 종양유전자의 순차적 도입을 통해 이미 알려진 뇌종양줄기세포와 유사한 특징을 지니는 종양능을 지닌 뇌신경줄기세포가 형성됨을 확인하였다. 흥미롭게도 v-Myc을 발현하여 불사화된 뇌신경줄기세포 (F3) 와는 달리 F3에 Olig2를 발현시켜 희돌기교세포로 분화시킨 세포 (F3.Olig2)에서는 H-Ras에 의한 형질전환이 일어나지 않는 것을 관찰하였다. 위의 결과를 토대로, 분화세포가 아닌 뇌신경줄기세포에서 p53과 같은 종양억제유전자의 기능이 억제되어 종양유전자가 도입되었을 때 쉽게 형질전환이 가능할 것이라 추측하였다. 따라서 뇌신경줄기세포가 p53반응을 증가시킬 수 있는 조건 (UVC 혹은 mdm2 antagonist, nutlin3) 에서도 반응이 약한 것을 확인하였고 그러한 원인이 인산화가 아닌 다른 번역후 변형과정이 관여함을 알게 되었다. 흥미롭게도 종양에서 많이 발현되는 NAD+ 의존적인 히스톤 디아세틸레인 SIRT1이 뇌신경줄기세포가 H-Ras와 같은 종양유전자에 의한 종양화에 있어서 매우 중요하며 이미 종양화된 뇌신경줄기세포의 생존에 있어서도 중요함을 깨달았다. 뿐만 아니라 뇌종양줄기세포의 경우에도 SIRT1의 발현이 분화됨에 따라 현저히 감소하고, 분화된 세포가 아닌 줄기세포능을 지닌 뇌종양세포의 경우 SIRT1단백질의 활성을 저해함으로써 심각한 세포사멸이 일어나는 것을 관찰하였다. 결론적으로 SIRT1특이적 단백질 저해제는 p53의존적인 세포 사멸을 유도하여 기존치료에서 생존하는 종양줄기세포의 새로운 분자적 치료제로 이용될 수 있음을 제시하고 있다.
more