멜라토닌이 유방암 세포 증식에 미치는 영향과 기전에 관한 연구

Abstract

Breast cancer is the most common cancer in Korean women. The female breast cancer seems to have been increasting, which is possibly due to the combined effects of various factors. Contributing factors including life style dietary habit, environmental factor, and obesity have been interested and studied. Melatonin, the principal pineal gland hormone, have a role in the biologic regulation of circadian rhythms, sleep, mood, reproduction, aging, tumor growth and modulation of immunobiological regulation. Reactive oxygen species(ROS) are generated naturally as a result of normal cellular metabolism in balance with biochemical antioxidants. Elevated levels of ROS are associated with various human diseases including various cancers. In condition where there is excessive ROS, ROS can act as tumor growth promoters in cancer cells. Melatonin has been known as a radical scavenger with the ability to remove ROS and also acts as an indirect antioxidant through the activation of the major antioxidant enzymes including superoxide dismutase(SOD), catalase(CAT), and glutathion peroxidase(GPx). Recently Melatonin has been reported to exert a direct antiproliferative effect on human breast cancer cells, but its mechanism remains unclear. The purpose of the current study was to assess whether melatonin inhibit human breast cancer cell proliferation and to study whether the antioxidative effect of melatonin is a possible mechanism. MCF-7(estrogen receptor positive) and MDA-MB-231(estrogen receptor negative) cells were routinely cultured and used. The viability of the cells was measured using the colorimetric MTT[3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyltetrazolium bromide]assay after 1 day of exposure to melatonin in several concentration(0 μM, 0.1 μM, 1 μM, 10 μM, 100 μM, 250 μM, 500 μM, 1000 μM). Concentrations of melatonin did not significantly decreaset cell proliferation in MCF-7 and MDA-MB-231 cell lines. But, Cellular proliferation was decreased slightly with melatonin at both 0.1μM and 1000μMin MDA-MB-231 cell line. We determined reactive oxygen species(ROS), antioxidant enzymes such as superoxide dismutase(SOD) and peroxiredoxine(Prx1) levels to be indicators of oxidative stress in breast cancer cell lines. A significant decrement on ROS levels was found in both cell lines. In MCF-7 cell line, SOD expression showed a significant increase as compared with control(0 μM), with the exception of 0.1μM melatonin. In MDA-MB-231 cell line, SOD expression was increased significantly with melatonin at 0.1 μM, 1 μM, 10 μM, 100 μM concentrations. In MCF-7 cell line, Prx1 expression was increased significantly with melatonin at 250 μM, 500 μM, 1000 μM concentrations. In MDA-MB-231 cell line, Prx1 expression showed a significant increase with melatonin at all concentrations. After just 1 day of exposure to melatonin, melatonin did not suppress cellular proliferation significantly. But, we found that result was various according to the condition of concentrations of melatonin. Our results indicate that melatonin has a antioxidative effect on breast cancer cell line and suggest that the antioxidative effect of melatonin may be considered mechanism involved in antiprolifertive actions of melatonin in the breast cancer cells. Further molecular biologic studies on the possible mechanism of melatonin on breast cancer cells are required to confirm the efficacy and safety of melatonin in breast cancer treatment.;유방암은 우리나라의 여성암 중에서 발생 빈도가 가장 높은 암으로 점차 증가 추세를 보이고 있어 중요한 보건문제로 부상하고 있다. 유방암에 대한 관심이 높아지면서 그 예방법과 위험인자에 대한 관심도 함께 증가하여 생활습관이나, 식습관, 비만도 등에 대한 여러 종류의 연구가 발표되고 있다. 멜라토닌(N-acetyl-5-methoxy-tryptamine)은 송과선에서 주로 분비되는 인돌 호르몬(indolic hormone)으로 일주기 리듬(circadian rhythms), 수면, 기분, 재생, 종양 성장 및 노화 등의 생체 조절에 중요한 역할을 한다. 활성산소(reactive oxygen species, ROS)는 세포 대사과정에서 정상적으로 생성되지만 경우에 따라 유해한 작용을 하며 암을 비롯한 여러 질환을 일으키는 원인이 될 수 있는데 세포내 활성 산소의 농도가 증가 하면 암 세포에서 세포 증식을 유도하는 종양 성장 자극제로 작용할 수 있다고 한다. 멜라토닌은 직접 ROS를 제거하는 유리기 제거제(free radical scavenger)로도 작용하지만 간접적으로는 superoxide dismutases(SOD), catalase(CAT) 및 glutathione peroxidase(GPx) 와 같은 항산화 효소를 활성화 시켜서 산화적 손상을 줄인다고 알려져 있다. 최근 멜라토닌이 유방암에 미치는 영향에 대한 연구들이 일부 보고되고 있으나 현재까지 인간 유방암에 대한 멜라토닌의 항 증식 억제 작용에 대한 기전은 명확하게 밝혀지지 않고 있다. 이에 본 연구에서는 멜라토닌의 유방암 세포 증식에 미치는 영향과 세포 증식 억제 작용에 항산화 기전이 관여하는지 알아보고자 하였다. 유방암 세포주 MCF-7 과 MDA-MB-231을 통상의 방법으로 배양하여 0 μM, 0.1 μM, 1 μM, 10 μM, 100 μM, 250 μM, 500 μM, 1000 μM 멜라토닌을 투입한 후 MTT assay를 이용하여 세포 성장 정도를 살펴보았다. MCF-7 세포주에서는 처리한 멜라토닌 농도와 상관 없이 세포 증식 억제를 보이지 않는 것으로 나타났다. MDA-MB-231 세포주에서는 0.1 μM 과 1000 μM 멜라토닌에서 약간의 세포 증식 억제가 일어났음을 알 수 있었다. 유방암 세포에 대한 멜라토닌의 항산화 작용을 알아보기 위해서 ROS의 발생과 항산화 효소인 SOD와 Peroxiredoxin(Prx1) 발현 정도를 살펴보았다. DEPC-flowcytometry를 이용하여 멜라토닌을 처리 후 발생하는 ROS의 양을 측정하였으며, MCF-7 와 MDA-MB-231 세포주 모두에서 ROS 생성이 감소하는 것을 알 수 있었지만 용량 의존적 감소는 보이지 않았다. SOD 발현은 MCF-7 세포주에서는 0.1 μM을 제외한 모든 농도에서 증가하였으며 MDA-MB-231 세포주에서는 100 μM 농도까지는 증가하는 양상을 보였으나 250 μM부터 1000 μM까지는 감소하는 것을 볼 수 있었다. Prx1발현은 MCF-7 세포주에서는 250 μM농도 까지는 감소하였으나 500 μM 부터는 증가하였으며 MDA-MB-231 세포주에서는 모든 농도에서 증가되는 것으로 나타났다. 결론적으로 MCF-7 과 MDA-MB-231 세포주에서 멜라토닌은 배양 초기에는(24시간 배양) 세포 증식 억제에 크게 영향을 미치지는 않는다. 하지만 멜라토닌 농도 조건에 따라 다양한 결과를 볼 수 있어 향후 치료적 의미가 있는 멜라토닌의 농도 조건에 대한 연구가 뒷받침 되어야 할 것으로 생각된다. 또한 멜라토닌은 유방암 세포에 항산화 작용을 하며 이에 향후 유방암 세포 증식 억제와 연관성에 관한 연구와 멜라토닌의 작용 기전에 관한 지속적인 분자생물학적 연구를 시행한다면 유방암 치료에 대한 멜라토닌의 임상적 적용에 관한 근거를 마련할 수 있으리라 생각한다