Functional Characterization of CD44+CD133+ Tumor-Initiating Caco-2 Cells
- 주제어 (키워드) Caco-2 , 암 줄기세포 , CD44 , CD133 , 종양 형성 , Pin1 , XAV939 , IWR-1 , Juglone , KPT6566 , Caco-2 , Tumor-Initiating Cells(TICs) , CD44 , CD133 , Tumorigenesis , Pin1 XAV939 , IWR-1 , Juglone , KPT6566
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김정호
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 생명과학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000069884
- UCI I804:11029-000000069884
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
종양은 이질적이고 다양한 특정한 세포 집단으로 이루어진 조직 덩어리로, 특히 높은 악성을 지닌 특정한 집단을 암 줄기세포 (CSCs 또는 TICs)라 규명하고, 오랫동안 이를 찾고자 노력해왔다. 암 줄기세포의 특성으로는 종양 내에 극히 낮은 비율로 존재하여 자신과 동일한 특성을 지닌 세포로 무한히 증식(Self-Renewal)이 가능하며 종양을 형성시킬 수 있는 능력을 보일 뿐만 아니라, 전이와 침윤에 탁월하고 기존 항암제에 대해 저항성을 보이는 것으로 밝혀졌다. 이전 논문에 따르면, 대장암에서의 CD44+CD133+세포 집단이 암 줄기세포의 특성으로 보이나, 어떻게 대장암으로 발달시키는지는 잘 알려지지 않았다. 첫 번째로, 본 연구는 Caco-2 대장암 세포 주로부터CD44-CD133-, CD44-CD133+ 그리고 CD44+CD133+ 세포 집단을 분리하여 기능적 특성을규명하고자 하였다. 그 결과, CD44+CD133+ Caco-2세포가 다른 세포 집단들에 비해, 세포의 크기가 컸으며, 유사 분열과 종양 형성 능력에서도 훨씬 높은 것으로 확인하였다. 이뿐만 아니라, CD44+CD133+ Caco-2 세포에서 유래된 Primary 종양을 분석한 결과, CD44+CD133+ Caco-2 세포 외에도 다른 세포들로 분화되어 이질성을 회복하는 특성을 보였다. 서로 다른 두 세포 집단 간의 유전자 발현 분석을 통해, CD44+CD133+ Caco-2세포는 CD44-CD133+세포 비해 Wnt/β-catenin Pathway가 훨씬 더 높은 활성을 보이는 것으로 보아 암 줄기세포의 기능적 특성을 유지하는데 중요한 Signaling Pathway임을 확인하였다, 또한 Wnt/β-catenin 억제제인 XAV939와 IWR-1 처리하여, CD44+CD133+ Caco-2세포의 성장과 종양 형성 능력을 효과적으로 억제시킬 수 있었음을 증명하였다. 따라서, CD44+CD133+ Caco-2 암 줄기세포의 기능적 특성을 파악하고 이해함으로써, 대장암 발달 과정을 이해하는데 중요한 세포 집단임을 확인하였다. Pin1은 peptidyl-prolyl cis/trans 이성질화 효소로서, 다양한 암들의 발달과정에 중요하게 관여하는 것으로 알려져 있다. 하지만, Pin1 억제제가 암 줄기 세포의 종양 형성을 제어할 수 있는지에 대해 여전히 불분명하다. 두 번째로, 본 연구는 대표적인 Pin1 억제제로 알려진 Juglone과 KPT6566이 G1기에 관련된 Cyclin 및 CDK 유전자 발현을 down-regulation시키며, 이로 인해 Caco-2 대장암 세포의 성장이 감소되어, 세포 자살로 유도되는 것으로 확인하였다. 또한 약물 내성 유전자로 알려진 ABCG2, ABCB1 그리고 ABCC1은 Caco-2 다른 세포 집단들에 비해, CD44+CD133+ Caco-2 암 줄기세포에서 상대적으로 발현이 높았다. 그럼에도 불구하고, Juglone과 KPT6566는 서로 다른 모든 세포 집단에서 모두 유사한 억제 효과를 보였으며, CD44+CD133+ Caco-2 암 줄기세포를 투여하여 종양을 형성시킨 NGS 마우스에서 항암 효과를 확인할 수 있었다. 특이하게도, 5mg/kg 동일한 양으로 투여하였을 때, Juglone이 KPT6566보다 더 우수한 항암 효과를 보였다. 따라서 대장암 발달 과정에서 CD44+CD133+ 암 줄기세포가 종양 형성을 증진시키는데 Pin1이 중요한 역할을 하는 것으로 확인하였다. 결론적으로 CD44+CD133+ Caco-2 암 줄기세포가 종양을 형성할 수 있는 능력과 기능적 특성을 확인함으로써, 대장암 발달 과정에 중요한 세포 집단임을 증명하였다. 따라서 CD44+CD133+ Caco-2 암 줄기세포를 효과적으로 제어하기 위해, Wnt/β-catenin Pathway와 Pin1을 표적으로 삼아 억제 시킬 수 있는 표적 항암 치료법이 개발되길 기대한다.
more초록 (요약문)
A tumor is a tissue mass consisting of heterogeneous and diverse specific subset cells, and in particular, a specific subset with high malignancy has been identified as cancer stem cells (CSCs). It is however, unclear how this subset cell contributes to tumorigenesis in human colorectal cancer. In this study, i first isolated CD44-CD133-, CD44-CD133+, and CD44+CD133+cells from Caco-2 colorectal cancer cells to characterize biochemical and tumorigenic properties. CD44+CD133+ Caco2 cell size was larger and CD44+CD133+ Caco-2 cells were more mitotically active or tumorigenesis higher than CD44-CD133- and CD44-CD133+ Caco-2 cells. Primary tumors grown from CD44+CD133+ Caco-2 cells showed that the full phenotypic heterogeneity of the parental Caco-2 cells was re-created. I also found that Canonical Wnt/β-catenin pathway was activated in CD44+CD133+ Caco-2 cells approximately 2.5 to 7 folds more than the other Caco-2 cells. Furthermore, XAV939 or IWR-1, Wnt/β-catenin signaling inhibitors, significantly suppressed CD44+CD133+ Caco-2 cell proliferation, colony formation and tumorigenesis. These results suggest that CD44+CD133+ Caco-2 cells were regarded as tumor-initiating cells and would be required to investigate further mechanism for new therapeutic strategies. Pin1 is a peptidyl-prolyl cis/trans isomerase and involved in the various cancer developments. However, it is unclear if chemical inhibitor of Pin1 is a pivotal role for suppression of tumorinitiating cells. I confirmed that Juglone and KPT6566 suppressed cell growth and colony formation and induced apoptosis of Caco-2 human colorectal cancer cells through downregulating expression of G1-phase specific cyclins and cyclin-dependent kinases in a time-dependent manner. Nevertheless the expression of ABCG2 and ABCB1 responsible for drug resistance in CD44+CD133+ tumor-initiating Caco-2 cells higher than non-tumor-initiating Caco-2 cells, Juglone or KPT6566 suppressed both of them with equal or similar efficacy. I also confirmed that Juglone or KPT6566 showed antitumor effect in vivo, when injection of CD44+CD133+ tumor-initiating Caco-2 cells to NGS mice. In particular, antitumor effect of Juglone was superior to its KPT6566. Therefore, these results that chemically small molecular Pin1 inhibitors may be a valuable therapeutic option to suppress colorectal tumor-initiating cancer cells.In conclusion, i prove that CD44+CD133+ tumor-initiating Caco-2 cells are an important cell population in the development of colorectal cancer, by confirming their functional properties and potential to form tumors. Therefore, in order to effectively suppress CD44+CD133+ tumor-initiating Caco-2 cells, it is expected that anticancer therapies targeting for the Wnt/β-catenin pathway or Pin1 signaling will be developed in the future.
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