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The Role of keratinocyte in regulation of melanoma function

Title
The Role of keratinocyte in regulation of melanoma function
Authors
정희성
Issue Date
2014
Department/Major
대학원 생명과학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Doctor
Advisors
오억수
Abstract
피부 조직에서 멜라닌세포와 주변의 케라틴세포는 기능적으로 매우 밀접한 관계를 맺고 있다. 특히, 피부에서 가장 바깥쪽에 위치한 층의 대부분을 구성하고 있는 케라틴세포는 다양한 조절 메커니즘으로 멜라닌세포를 조절하고 있다. 크게 세가지 메커니즘이 제시되어 왔으며, 세포외기질, 수용성 인자 그리고 세포 결합 단백질에 의한 메커니즘이 그것이다. 케라틴세포 (HaCaT세포)가 합성하는 세포외기질 중 laminin-332는 악성흑색종 세포의 부착, focal adhesion 형성 및 세포이동성을 촉진하였으며 integrin alpha6가 이러한 세포현상에 receptor로 작용하였다. Integrin alpha6를 knockdown시킨 사람 악성흑색종 세포주인 A375세포는 laminin-332를 매개로 한 세포 부착 및 이동성이 감소하였다. 게다가 케라틴세포가 분비한 laminin-332는 악성흑색종 세포주인 B16F10과 MNT-1세포의 멜라닌 합성을 촉진시켰다. 그러나 예상과 달리, laminin-332에 의한 멜라닌 합성과정은 멜라닌 합성에 중요한 효소인 tyrosinase의 발현과 활성과 관련이 없었다. Laminin-332는 ERK의 활성을 촉진하여 tyrosinase의 기질인 L-tyrosine의 멜라닌세포나 악성흑색종 세포 내 유입 증가에 기여하였다. 따라서 케라틴세포가 합성한 laminin-332는 멜라닌세포 및 악성흑색종 세포의 멜라닌 합성을 비롯하여 세포 부착을 매개로 한 다양한 기능을 조절한다. 케라틴세포가 분비하는 수용성 인자 중 하나인 alpha-MSH는 악성흑색종 세포의 syndecan-2발현을 저해하여 악성흑색종 세포의 세포 이동성을 억제하였다. 흥미롭게도 alpha-MSH의 receptor인 MC1R 과발현은 syndecan-2발현 증가를 유도하여 세포이동성을 촉진하였다. MC1R의 발현은 p38 MAPK 활성을 억제하여 syndecan-2의 발현 및 세포이동성을 촉진하였으나, alpha-MSH는 반대 효과를 나타냈다. 이러한 결과는 케라틴세포가 alpha-MSH를 분비하여 악성흑색종 세포의 MC1R을 통한 이동성을 억제하고 있음을 제시한다. 또한 케라틴세포는 직접적인 세포간의 결합으로 악성흑색종 세포의 기능을 조절하였다. A375세포를 단독으로 배양 시 N-cadherin의 발현이 높았으나, HaCaT세포와 함께 배양 시 A375세포의 N-cadherin이 감소하였다. 그리고 A375-HaCaT을 함께 배양 하였을 때, ERK와 AKT의 활성이 감소하였으나 GSK3beta의 활성은 증가하였다. GSK3beta의 활성 억제로 N-cadherin의 발현이 증가하였으므로, 케라틴세포는 직접적 세포결합을 하여 GSK3beta활성조절을 통해 악성흑색종 세포의 N-cadherin의 억제자 역할을 한다는 것을 알 수 있다. 결론적으로 본 연구는 케라틴세포가 멜라닌세포 및 악성흑색종 세포를 다양한 메커니즘으로 조절하고 있음을 제시한다.;In human skin, melanocytes and its neighboring keratinocytes have a close functional interrelationship each other. Particularly, keratinocytes, the prevalent cell type of the uppermost layer of human skin, regulate melanocytes through various regulatory mechanisms. Three regulatory mechanisms have been provided, which are including extracellular matrix (ECM), soluble factors and cell adhesion molecules. Among ECMs derived from keratinocytes (HaCaT cells), laminin-332 promoted adhesion, focal adhesion formation and migration of melanoma cells and it was through the interaction with integrin alpha6. Consistently, knockdown of integrin alpha6 in human melanoma A375 cells reduced laminin-332-mediated adhesion and migration. In addition, keratinocyte-derived laminin-332 enhanced level of melanin in pigmented melanoma cell lines; B16F10 cells and MNT-1 cells. Unexpectedly, laminin-332-enhanced melanogenesis was independent on the expression and activation of tyrosinase, the key enzyme in melanogenesis. Instead, laminin-332 promoted ERK mediated uptake of L-tyrosine, a substrate of tyrosinase, into melanocytes and melanoma cells. Therefore, keratinocyte-derived laminin-332 seems to contribute to adhesion-mediated functions of melanocytes including melanin production. On the other hand, one of soluble factor secreted from keratinocytes, alpha-Melanocyte stimulating hormone (alpha-MSH), reduced migration of melanoma cells by downregulating syndecan-2 expression. Surprisingly, overexpression of melanocortin receptor 1 (MC1R), the receptor of alpha-MSH, enhanced syndecan-2 mediated migration. MC1R expression reduced p38 MAPK activity and subsequently increased syndecan-2 expression and cell migration, but the opposite effects were observed in cells treated with alpha-MSH. These results suggest that keratinocytes inhibit MC1R-mediated migration of melanoma cells by producing alpha-MSH. Besides, keratinocytes regulated melanoma cell functions through a direct interaction. Although mono-cultured A375 cells showed high levels of basal N-cadherin expression, A375-HaCaT co-culture induced reduction of levels of N-cadherin in A375 cells. In addition, A375-HaCaT co-culture reduced the activation of ERK and AKT, but enhanced the activity of GSK3beta. Since inhibition of GSK3betaabolished reduction of N-cadherin, keratinocytes seems to GSK3beta mediated negatively regulate levels of N-cadherin in melanoma cells by a direct interaction. Taken together, this research strongly suggests that keratinocyte contributes to the regulation of melanocytes and melanoma cells in various pathways.
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