Role of Hydroxyl Radicals In Celecoxib-induced Apoptosis In Human Gastric Cancer Cells

Abstract

Reactive oxygen species (ROS), natural byproducts of the normal metabolism of oxygen, have important roles in cell signaling and in the process of apoptosis. ROS would cause the loss of mitochondrial transmembrane potential (MTP) and the release of apoptotic inducing factors such as cytochrome c, activate caspase cascade, and finally induce apoptosis. Any potential chemotherapeutic agent that could drive such changes by generating ROS would be particularly attractive. Celecoxib, a cyclooxygenase-2 (COX-2) inhibitor, inhibits cell proliferation and induces apoptosis in various human cancers. Anti-proliferative and apoptosis inducing activities of celecoxib are reported to use either COX-2-dependent or COX-2-independent pathway. But its mechanism of action is not fully understood. In this study, the author investigated the mechanism of action by which celecoxib inhibits the growth of human gastric cancer cells. Materials and methods: Two human gastric carcinoma cell lines (COX-2 expressing SNU-1 and COX-2 deficient SNU-16) were treated with various concentrations of celecoxib for the indicated period of time. Antitumor effect of celecoxib were evaluated by measuring cell viability, apoptosis induction, MTP loss, ROS generation, cytochrome c release from mitochondria to cytosol, and caspase activity. Results: Celecoxib inhibited the cell growth and induced the apoptosis in both gastric carcinoma cells in a dose-dependent manner, irrespective of the expression level of COX-2. Celecoxib also induced ROS accumulation, among which hydroxyl radicals showed remarkable accumulation regardless of COX-2 expression. Preatreatment with either hydroxyl radical scavengers (dimethylsulfoxide, dimethylthiourea, mannitol or antioxidant (N-acetyl-cysteine) suppresses the induction of apoptosis caused by celecoxib through inhibiting the following actions; the generation of hydroxyl radicals, the disruption of MTP, mitochondrial cytochrome c release, and caspase-3 activity. Conclusion: These results suggest that an oxidative stress, particularly hydroxyl radicals, has an important role in celecoxib-induced apoptosis in human gastric carcinoma cells.;세포의 산소호흡 과정 중 전자전달계에 의해 정상적으로 발생하여 세포의 신호전달에 작용하는 활성산소종(reactive oxygen species; 이하 ROS)은 산화적 스트레스(oxidative stress) 조건하에서 세포의 자멸사를 유도하는 주요 역할을 하고 있다. ROS는 미토콘드리아의 막간전위를 파괴하여 막간 공간에 있던 시토크롬 c의 세포질 내 방출을 증가시켜 caspase를 경유한 세포자멸사가 일어나도록 유도한다. Celecoxib은 cyclooxygenase-2(이하 COX-2)를 선택적으로 차단하는 약제로, celecoxib의 장기적인 복용은 대장암의 발생을 의미 있게 감소시키며, 대장암세포를 비롯한 유방암세포, 전립선암세포, 자궁경부암세포 등에서 암의 예방 뿐 아니라 암의 성장을 억제하고 세포자멸사를 유도한다. Celecoxib의 세포성장 억제와 세포자멸사 유도는 COX-2 의존적인 경우와 비의존적인 경우가 있다고 보고되고 있으나, 그 기전에 대해서는 명확히 알려져 있지 않다. 본 연구는 사람의 위암 세포주에서 celecoxib가 세포 성장을 억제하고 세포자멸사를 유도하는지 알아보고 그 기전은 무엇인지 살펴보고자 하였다. 사람의 위암 세포주 중 COX-2를 발현하는 SNU-1 세포주와 COX-2를 발현하지 않는 SNU-16 세포주를 사용하여 다양한 농도의 celecoxib과 함께 48시간 배양하였다. Celecoxib의 항암작용은 세포 생존율, 세포자멸사 유도, 미토콘드리아 막전압 감소, 활성산소종 발생, 미토콘드리아로부터 세포질로의 시토크롬 c 분비, caspase 활성도 측정 등의 방법으로 조사하였다. Celecoxib는 COX-2의 발현 여부와 관계없이 SNU-1과 SNU-16 세포주 모두에서 용량 의존 형태로 세포의 성장을 억제하고 세포자멸사를 유도하였으며, ROS의 생성을 촉진하였다. 생성된 ROS 중 수산화기가 celecoxib에 의해 유도되는 세포자멸사와 연관이 깊었는데, 수산화기의 청소제인(scavenger)인 DMSO, DMTU, 만니톨과 항산화제인 NAC를 전 처리한 경우, celecoxib에 의해 유도되는 수산화기의 생산과 미토콘드리아의 막전위 파괴, 그리고 미토콘드리아의 시토크롬 c 세포질 내 방출과 caspase-3 활성화에 의한 세포자멸사 가 의미 있게 억제되는 것을 관찰할 수 있었다. 이상의 결과로, 수산화기는 celecoxib가 사람의 위암 세포주에서 세포자멸사를 유도하는 기전에서 중요한 역할을 담당한다고 할 수 있겠다.