BMI-1 interacts with sMEK1 and inactivates sMEK1-induced apoptotic cell death

Abstract

The B lymphoma Mo-MLV insertion region 1 homolog (BMI-1) protein is activated in various types of tumors and associated with cancer development and tumor progression. However, the working role of BMI-1 in cellular signaling is not understood completely. In the study, we reveal one possible biologic mechanism of BMI-1 in cancer progression in vitro using a human ovarian tumor cell system. Suppressor of MEK1 (sMEK1), a pivotal regulator involved in the cellular biological response mechanism, was identified as a BMI-1-binding protein. Ectopic expression of BMI-1 activated cell growth by reducing sMEK1-stimulated apoptotic cell death and suppressing p21, p27 and p53 expression, while enhancing cyclin D1, CDK4 and Bcl-2 expression. The effect of BMI-1 on cell cycle and apoptotic regulatory proteins was also confirmed via silencing of BMI-1 expression. Subsequently, the promoter activities of p21 and p53 were inactivated significantly. But BMI-1 overexpression noticeably increased Bcl-2 and NF-kB activities. In addition, BMI-1 activated the PI3K/mTOR/4E-BP1 signaling pathways, and sMEK1 significantly inhibited BMI-1-stimulated oncogenesis. These insights provide evidence that BMI-1 activates cell growth and suppresses apoptosis. Collectively, our data indicate that BMI-1 plays a pivotal role in the progression of ovarian cancer, thus representing a novel target for antitumor therapy of ovarian cancer.;난소암은 여성 생식기관에 발생하는 암 중 가장 사망률이 높은 암이다. 국내 암 통계에 따르면 2016년 한 해에 2,450명이 난소암을 새로이 진단받았고, 난소암 환자 중 1,097명의 사망 한 것으로 보고되었다. 대부분 환자들은 특이적인 증상이 없거나, 소화불량, 복부팽만감 등 비특이적인 증상을 보이기 때문에 조기에 발견되지 못하고 환자의 70%가 3기 이상의 진행된 상태에서 발견되며 많은 경우 다른 장기로의 전이가 발견된다. 주된 치료방법으로는 수술적 치료와 약물치료 그리고 방사선 치료가 사용된다. 최근 난소암 치료에 효과적인 수술적 약물적 치료방법의 발전에도 불구하고 난소암 환자의 장기 생존율은 40%대에 머무르고 있다. 그뿐만 아니라 3기 이상의 환자에게서 치료 후 재발이 일어나는 경우가 많으며, 재발 환자에게는 기존의 약제에 저항성이 생기는 등 치료에 어려움을 겪고 있다. 따라서 우리는 난소암 치료에 효과적인 새로운 치료 약물 표적의 연구가 절실히 필요한 시점에 있다고 생각된다. BMI-1은 다양한 종류의 종양에서 암의 발달과 종양 형성에 관여되어 있다. 그러나 아직 BMI-1의 생체 내 신호전달체계에 대해서 완전히 밝혀져 있지 않다. 이번 연구에서 우리는 난소 암세포 주를 이용하여 암의 진행에 있어서 BMI-1의 하나의 가능성 있는 생물학적 기전을 살펴보았다. 우리는 Y2H를 통해 BMI-1과 생체 반응 조절 기전의 중요한 조절인자로 알려진 sMEK1 단백질이 상호 결합한다는 사실을 발견하였다. BMI-1의 이상 발현은 sMEK1의 자극에 의한 p21, p27 그리고 p53의 발현을 억제함으로써 세포사멸을 경감시키고, 반대로 cyclin D1, CDK4 그리고 Bcl-2의 발현을 유발함으로써 세포 성장을 활성화 시킨다는 사실들을 증명하였다. 또한 siRNA를 이용한 BMI-1의 발현 억제를 통해 세포주기와 세포사멸을 조절하는 단백질이 BMI-1에 의해 영향을 받음을 확인하였다. 더불어, BMI-1의 발현 억제가 p21과 p53의 전사단계에서의 비활성화를 유도하고, BMI-1의 과발현을 통해 Bcl-2와 NF-kB의 전사 활성이 증가한다는 것을 확인하였다. 추가로 BMI-1 단백질은 PI3K/mTOR/4E-BP1 신호전달체계를 활성화해 암화를 유도하고, sMEK1는 BMI-1에 의해 활성화된 세포 성장과 세포사멸을 방해하여 신호전달체계를 무력화시킴으로써 종양 형성을 억제한다는 사실들을 알 수 있었다. 이러한 실험 결과들은 BMI-1 단백질이 난소암의 진행 발달과정에서 중요한 역할을 할 인자로 주목되며, 따라서 향후 난소암의 치료에 있어 세포 내에서 발현이 억제되어야 할 새로운 표적이 될 수 있음을 확인하였다.