MMTV-PyMT mouse모델에서 PRDX3가 tumorigenesis에 미치는 영향

Abstract

PRDX3, a member of six peroxiredoxins family, is a mitochondrion-specific hydrogen peroxide scavenging enzyme. Cancer cells generate more reactive oxygen species (ROS) than normal cells and may need antioxidants such as PRDXs. Because PRDX3, especially, is present in mitochondria, PRDX3 can be associated with regulation of ROS level. Many breast cancer patients have been shown elevating superoxide anion level and PRDXs. To identify whether PRDX3 plays a role in tumor progression, Prdx3 knockout mouse was bred to MMTV-PyMT mouse, a well known mouse tumor model of breast cancer driven by polyoma virus middle T antigene. The deletion of PRDX3 did not influence the mammary gland development. PRDX3 expression recapitulated the pattern of observed human breast cancer in MMTV-PyMT mice. By comparing MMTV-PyMT;Prdx3+/- and MMTV-PyMT;Prdx3-/-, tumor formation including tumor onset, tumor volume and metastasis to lung were similar irrespective of Prdx3 genotype. Tumor endurance of MMTV-PyMT;Prdx3-/- was also similar to MMTV-PyMT;Prdx3+/- without compensation of other PRDXs members. However, the median age of development of the first palpable mammary tumor of MMTV-PyMT;Prdx3-/- was delayed than MMTV-PyMT;Prdx3+/- when accumulated the exogenous H2O2 by PEITC. These results suggest that inhibition of PRDX3 might be a kind of therapeutic strategies to elevate the effect of ROS-mediated anti cancer drugs, even though it does not directly contribute to tumor progression in the MMTV-PyMT breast cancer model.;PRDX3는 mitochondrion-specific hydrogen peroxide (H2O2) 를 분해하는 효소로, peroxiredoxin 의 여섯 member 중 의 하나이다. H2O2는 reactive oxygen species (ROS)의 하나로, mitochondria에서 ATP를 형성하는 과정 중에서 생성된다. 일반적으로 암세포는 정상세포보다 metabolism이 활발하여 ROS생성도 보다 많이 되는 것으로 알려져 있다. 실제로 많은 유방암 환자에게서 O2- 의 양이 증가되어있음을 확인되었으며, 동시에 PRDXs의 발현양도 증가되어있음이 확인되었다. 이는 적정한 ROS의 양을 유지하기 위해 PRDXs를 포함한 항산화 시스템이 정상 세포보다 많이 필요하기 때문이다. 그런 의미에서 PRDXs는 tumor support 기능을 가질 것으로 여겨지고 있다. 특별히 mitochondria에 위치한 PRDX3가 ROS level을 조절 하는데 깊은 관련이 있으리라고 생각된다. Tumor 형성하는 과정에서 PRDX3가 어떤 역할을 하는 지 알아보기 위해서 Prdx3-/- mice를 mammary gland targeted expression of polyoma middle T antigen (PyMT)를 가진 MMTV-PyMT mice와 교배하여 MMTV-PyMT;Prdx3+/- 와 MMTV-PyMT;Prdx3-/- mice line을 구축하였다. MMTV-PyMT;Prdx3+/- 와 비교하여 MMTV-PyMT;Prdx3-/- 에서 tumor onset, tumor volume ,metastasis등을 포함한 tumor progression 과정이 크게 다르지 않았다. 또한 초기 종양 형성과정을 보고자 6주, 11주, 16주 mice의 tumor를 조직학적으로 분석한 결과 Prdx3-/- mice의 primary tumor size 가 같은 연령대의 Prdx3+/- mice 보다 약간 큰 것으로 보이나 그의 차이 또한 현저하지 않았다. 이는 apoptosis rate역시 같은 결과를 보였다. Prdx3의 상실에도 불구하고 tumorigenesis 과정이 모두 비슷한 것은 PRDXs 다른 member들이 보상해 주는 것이라 생각되어 각 isotype의 발현양을 비교해보았다. 그러나 PRDX3의 유무와는 상관없이 PRDX1과 PRDX2는 6주, 11주, 16주에서 모두 꾸준히 발현되었으나, PRDX4, PRDX5, PRDX6은 발현되지 않았다. 한 가지 흥미로운 것은 H2O2의 분해에 효과적인 PRDX1과 PRDX2의 발현양이 꾸준히 높았다는 점이다. 이것은 두 그룹 모두 종양에서 내인성 H2O2가 높게 생성 되고 있는 점을 시사한다. 따라서 마지막으로 PRDX3 의 존재와 ROS stress에 대한 민감성 정도의 관계를 조사하기 위해 β-phenylethyl isothiocynate (PEITC) 을 주사하여 과도한 H2O2의 양을 축적시킨 뒤 tumor onset과 tumor volume, survive를 monitor 하였다. Tumor가 생기기 전에 PEITC 약을 주입한 그룹에서는 MMTV-PyMT;Prdx3-/- mice가 MMTV-PyMT;Prdx3+/- 보다 tumor incidence 되는 평균 나이가 늦춰짐을 볼 수 있었다. Tumor가 생긴 뒤에 PEITC약을 주입한 그룹에서는 MMTV-PyMT;Prdx3-/- mice에서 평균 survival이 연장됨을 알 수 있었다. 위 실험 결과를 토대로, PRDX3가 유방암 조직 에서 정상 조직보다 발현양이 증가하였음에도 불구하고 tumorigenesis 에 직접 관련되어있지는 않으나 PRDX3가 없을 때 ROS stress 에 대한 민감성이 더 높았음을 알 수 있었다. ROS stress를 높이는 anti-cancer drug를 antioxidant system을 억제하는 reagent와 함께 사용한다면, 약의 효과를 증진시킬 수 있음을 시사한다.