Functional and Structural Studies of Nm23-H1 as a Tumor Metastasis Suppressor

Abstract

Nucleoside diphosphate kinase (NDPK, Nm23), known as a tumor metastasis suppressor, is considered a housekeeping enzyme catalyzing transfer of terminal phosphate from nucleoside triphosphate (NTP) to nucleoside diphosphate (NDP). Nm23 has been implicated as a multi- functional protein involved in cellular differentiation and development as oncogenesis and tumor metastasis. Recently, Nm23 has been reported to regulate Rac1 activation negatively. However, the regulatory mechanism of Nm23 is poorly understood. In previous study, we found that enzymatic activity of Nm23 is damaged by oxidation in cysteine residues and repaired by NADPH-thioredoxin reductase-thioredoxin system. Here I have demonstrated that Nm23-H1 down-regulates Rac1 activation, reduces ROS generation dependent of NDP kinase activity and inhibits JNK activation and cell migration. Since it was reported that Rac activation induces activation of JNK and ROS derived Rac activation are able to increase tumor metastasis, the reduced Rac activation, ROS generation and JNK activation by Nm23-H1 may be one of the mechanism to explain the metastasis-suppressive effect of Nm23-H1. Cellular modifications of Nm23-H1 by oxidative stress were identified using mass spectrometry. It will give us the clues on understanding the regulatory mechanism of Nm23-H1 in various biological processes.;암전이 억제 단백질로 알려진 Nucleoside diphosphate kinase (NDPK, Nm23)는 세포 내에서nucleoside triphosphate (NTP)의 말단 인산기를 nucleoside diphosphate (NDP)로 이동시켜 주는 효소의 기능도 하고 있다. 최근 들어 Nm23이 NDP kinase 기능 이외에도 암 생성과 전이와 같은 세포 분화와 발달에 관여한다는 연구 결과가 발표되면서 다기능 단백질로 생각되고 있다. 그러나 Nm23의 조절 기전에 대해서는 자세히 밝혀져 있지 않다. 이전 연구에서 우리는 Nm23의 NDP kinase기능이 cysteine 잔기의 산화에 의해서 파괴되고, NADPH-thioredoxin reductase-thioredoxin system 에 의해 환원됨으로써 회복되는 것을 알게 되었다. 이를 바탕으로 세포 내 산화-환원 상태에 따른 Nm23-H1 의 기능 조절을 연구하는 과정에서 Nm23-H1이 Rac의 활성화를 저해하는 것을 확인하였다. 또한 confocal microscopy를 통해 Nm23-H1 이 세포 내 ROS 생성을 억제하는 것을 확인하였고 이 때 Nm23-H1의 NDP kinase 기능이 필수적임을 알 수 있었다. Nm23-H1 의 과발현이MAPK 신호에 영향을 주는지 알아보는 과정에서 Nm23-H1이JNK 활성화를 지연시키는 것을 보았고 세포의 이동을 억제하는 것을 확인하였다. Rac이 ROS와 JNK신호를 통해 세포의 전이를 증가시키는 것은 이미 밝혀져 있다. 그러므로 본 연구에서 확인된 결과를 통해Nm23-H1이 암전이 억제 단백질로 작용하는 기전을 설명할 수 있을 것이다. 또한 nano-liquid chromatography가 부착된 ESI-q-TOF tandem MS를 이용하여 산화적 스트레스에 의한 세포 내Nm23-H1의 modification 변화를 살펴보았다. 이 결과는 다양한 생명 현상 속에서Nm23-H1이 조절되는 기전을 이해하는 단서를 제공해 준다. 발견된 modification이 세포 내 생명 현상 조절에 어떻게 작용하고 있는지에 대해서 mutant를 이용한 더 많은 연구가 이루어져야 될 것이다.