Regulatory role of translationally controlled tumor protein in radioresistance of cancer cells

Abstract

Translationally controlled tumor protein (TCTP)는 고등식물, 포유동물 및 Saccharomyces cerevisiae에서 18 kDa에서 23kDa의 다양한 크기로 발견되는 protein이며 erythrocyte, hepatocytes, macrophages 등 암세포를 포함한 여러 세포에서 발견 되었으며 다양한 housekeeping 기능을 가지고 있다. 최근 본 연구실에서 TCTP가 Na,K-ATPase와 결합하여 Na,K-ATPase와 결합되어있던 Src를 유리시켜 발암과정에 중요한 신호전달계를 활성화 시킨다는 것을 밝혔다. 방사선요법 (Radiation therapy)은 암의 국소 치료법의 한 가지로서 예로부터 널리 이용되었으며 수술과 비교하여 비침습적이고 신체 관을 보존할 수 있는 장점이 있다. 또한 현행의 분자의학 시대에도 항암제와의 병용이 용이하므로, 암 치료에 있어서 여전히 큰 역할을 차지하고 있다. 본 연구에서는 암세포의 방사선 치료에 대한 저항성이 translationally controlled tumor protein (TCTP)에 의해 조절된다는 것을 보았으며 방사선저항성을 가진 암세포에 대한 therapeutic target으로써의 TCTP의 가능성을 연구하였다. 유방암 세포 (T47D, MDA-MB-231, MCF7)과 폐암세포 (A549, H1299, H460)에서 TCTP 발현 양을 방사선민감도와 비교해 본 결과 TCTP 가 많이 발현된 세포에서 방사선에 대한 저항성이 큰 것으로 밝혀졌다. TCTP의 조절에 의해서 방사선민감도가 변화한 것을 확인하였으며 방사선에 민감한 폐암세포인 H460에서 방사선 조사 시 p53과 γ-H2AX가 다른 폐암세포에 비해 많이 증가하는 것을 확인하였다. TCTP는 DNA damage와 관련성이 있는 것이 알려져 있으므로 방사선 조사 후 DNA 손상도를 확인한 결과 TCTP knockdown된 세포에서 제일 많이 일어났다. 또한 p53는 TCTP와 reciprocal regulator로 존재한 다는 것이 알려져 있어 이 둘의 관계를 확인 한 결과 TCTP knockdown시 p53 의 induction이 크게 증가하였다. 이런 TCTP knockdown으로 인한 방사선 민감성의 증가는 p53 siRNA를 통해 제거되어 TCTP knockdown에 의한 방사선 민감성의 증가는 p53 의존적으로 증가한다는 것을 밝혔다. 또한 이런 현상은 in vitro 실험 외에도 Balb/c nude 쥐를 이용 종양형성능(Subcutaneous tumor formation assay)을 측정하였으며, TCTP knockdown 된 A549에 의해 생성된 종양이 8 Gy 의 방사선을 조사하였을 때 제일 천천히 자라는 것을 확인하였다. 따라서 암세포에서 방사선저항성이 TCTP에 의해 조절되는 것을 확인화였으며 DNA damage와 p53의 induction을 억제하여 방사선에 대한 저항성을 획득하게 하였다. 본 연구를 통해 TCTP의 방사선 저항성에 대한 역할을 규명하였으며 방사선저항성을 획득한 암에서 TCTP가 효과적인 내성극복 타깃임을 밝혔다.;Translationally controlled tumor protein (TCTP) is ubiquitous multifunctional protein that is essential for cell survival. Our research group discovered previously that TCTP also functions as Na,K-ATPase inhibitor and induces signaling pathway that leads to tumorigenesis. Radiation therapy (RT) is an important treatment option for cancer therapy, where it is used alone or in combination with chemotherapies. This study reveals, for the first time, new function of TCTP as a regulator of radiosensitivity in cancer cells. The relationship between endogenous TCTP level and sensitivity to radiation was examined in breast cancer cell lines (T47D, MDA-MB-231, and MCF7) and lung cancer cells lines (A549, H1299, and H460). Cancer cells with high expression level of TCTP were more resistance to radiation whereas cancer cells with low TCTP expression level were sensitive to radiation. Overexpression of TCTP inhibited radiation induced apoptosis while its silencing led to a significant (p < 0.05) increase in radiosensitivity. Since it is known that TCTP is closely related to DNA damage, evaluation of γ-H2AX protein expression and comet assay were performed to measure DNA damage. DNA damage in irradiated TCTP-silenced (shTCTP transfected) A549 cells was greater than in irradiated shCont transfected A549 cells. Induction of p53, a well-known reciprocal regulator of TCTP, was significantly (p < 0.05) increased in irradiated TCTP knockdown A549 cells. Moreover, introduction of p53 siRNA in TCTP knockdown A549 cells abrogated increased radiosensitivity caused by TCTP knockdown. In vivo study using a subcutaneous tumor formation assay in Balb/c nude mice confirmed enhanced radiosensitivity of TCTP knockdown A549 cells, in which tumor volume and tumor growth rate of TCTP knockdown A549 cells were lower than control after radiation. In this study, I have discovered that TCTP inversely correlate with radiosensitivity of cancer cells, and silencing TCTP has decreased radioresistance in cancer cells. The TCTP down-regulation increased DNA damage and induced p53 intracellular level, sensitizing cancer cells to radiation. From these findings, I suggest TCTP as a therapeutic target in efforts to overcome radiation resistance in cancer.