AMP-activated protein kinase의 암세포 이동 및 중간엽 줄기 세포분화에 작용하는 조절 기작 및 기능 연구

Abstract

AMPK는 heterotrimeric serine/threonine kinase로 세포내 에 너지 sensor로 작용하고, metabolic pathway를 조절하는 것이 잘 알려진 효소이다. 이러한 AMPK의 활성은 세포내 ATP를 소비하는 동화작용을 막고, ATP를 생산하는 이화작용을 증진시키므로써 에너지 의 균형을 맞추어 항상성을 유지시켜주는 것으로 잘 알려져 있다. 하지 만, 암세포 증식이나 세포 분화가 진행됨에 따라서 에너지 필요도가 증 가되게 되는데, 이런 상황에서 energy metaboism의 regulator인 AMPK가 어떤 역할을 할 수 있는지에 대해서는 잘 밝혀지지 않은 상 태이다. 따라서, 본 연구에서는 난소암 세포의 세포 이동 및 줄기 세포 분화 조절에 AMPK의 조절 기작 및 기능을 연구하고자 했다. AMPK는 최근 세포내 영양 상태에 따라서 세포의 architecture 및 polarity를 조절하여 actin rearrangement를 유발한다는 것이 밝혀 졌다. 이러한 AMPK의 기능은 세포 이동에 있어서도 중요한 기능이므 로 암세포의 이동에 영향을 줄 수 있다는 가능성을 제시한다. 본 연구 에서는 난소암 세포에 있어서 세포 이동에 유도하는 LPA signaling 에 AMPK의 활성이 관여하고 있다는 것을 입증하였다. 또한, 이러한 활성화 과정에 LPA에 의한 세포내의 칼슘 농도 증가가 중요하며, 그로인한 CaMKK-beta의 활성이 필요함을 알게 되었다. AMPK의 inhibitor와 RNAi silencing 실험을 통하여, AMPK가 Rho pathway를 통한 ERM protein의 활성에 의해 actin rearrangement를 유도함으로써 LPA에 의한 세포 이동을 증가시킨 다는 것을 밝혀내었다. 더욱이, AMPK-alpha1 konckdown 난소암 세포를 이용하여 마우스 실험을 진행하였을때, 복막의 암 생성 및 폐 전이가 감소하는 것을 밝혀내었다. 암전이는 여러 과정이 종합적으로 일어나야 하지만 그 중에서 세포 이동 과정이 가장 중요한 과정이다. 그러므로 이러한 결과들을 통해 AMPK에 의한 세포 이동의 증가는 암전이 유발을 증가시킬 수 있다는 가능성을 제시하였다. 줄기 세포가 조골 세포 분화시에 ATP의 양이 증가하고, 이러한 현상은 미토콘드리아의 호흡작용을 통해서 ATP가 생산되며, 증가된 ATP는 조골세포 분화에 관련된 유전자를 발현시키므로써 조골 세포분화를 유도한다는 것이 알려져 있다. 이러한 현상은 미토콘드라의 function을 조절할 수 있는 AMPK가 줄기 세포 분화에 영향을 줄 수 있다는 가능성을 제시한다. 본 연구에서는 사람의 지방 조직의 중간엽 줄기 세포에서 조골 세포와 지방 세포로의 분화에 있어서 AMPK가 새로운 조절자로서의 역할을 한다는 것을 입증하였다. 조골 세포 분화 조건에서 AMPK의 단백질 발현 양과 인산화가 증가됨을 확인하였다. AMPK의 inhibitor와 shRNA lenti-virus를 infection한 AMPK-alpha1 knockdown 세포를 이용해 AMPK가 줄기세포를 조골 세포로 유도시키고, 이러한 기능은 분화 조절에 중요한 ERK pathway를 조절하여 이루어진다는 것을 밝혀내었다. 또한, 조골 세포 분화 조건에서 AMPK의 발현과 활성을 억제했을 때 지방 세포로의 분화를 유도할 수 있다는 것을 규명하였다. 이러한 결과들을 통해 본 연구에서는 AMPK의 중간엽 줄기 세포 분화 조절자로서의 역할이 골다공증(조골 세포 감소와 지방 세포의 증가가 같이 일어남)과정에 작용할 가능성을 제시하였다.결론적으로, 본 연구에서는 LPA에 의한 난소암세포 이동에 있어서 AMPK의 새로운 활성 기작을 밝혀, 난소암 전이에 있어서 AMPK가 중요한 타겟 물질이 될 수 있는 가능성을 밝혀내었으며, 중간엽 줄기세포의 분화 결정에 있어서 조절자로서의 역할을 찾아내어 AMPK의 활성이 암전이와 골다공증에 있어서 중요한 역할을 할 수 있다는 가능성을 제시하였다. 이러한 연구결과는 앞으로 세포내에서 AMPK가 관여하는 다양한 생리/병리적 기능의 이해에 중요한 단서를 제공할 것이다.