연구명

교모종 줄기세포에서 ANO1 이온통로의 암 줄기세포 능력 유지기능 규명

SUMMARY

교모종 (Glioblastoma multiforme, GBM)은 뇌암 중 가장 악성의 암으로서 교모종 줄기세포의 존재로 인해 재발이 쉽고 치료가 매우 어렵다고 알려져 있다. 교모종 줄기세포의 줄기세포 능력에는 EGFRvIII (Epidermal growth factor receptor variant III) 단백질이 관련되어 있음이 잘 알려져 있으나, EGFRvIII 단백질의 기능조절 기전은 무엇인지 아직까지 규명된 바 없다. 본 연구를 통해 ANO1 이온통로가 단백질-단백질 결합을 통해 EGFRvIII의 단백질 안정성을 증가시킴으로써 교모종 줄기세포의 줄기세포 능력을 유지하고 악성화 함을 확인하였다. 이를 통해 ANO1 이온통로를 난치성 교모종 줄기세포 치료를 위한 마커로 활용할 수 있는 과학적 근거를 확보하였다.

연구배경

교모종 환자의 치료가 어렵고, 교모종의 재발 및 악성화의 주요 요인 중 하나는 교모종 줄기세포의 존재 때문이다. 교모종 줄기세포는 신경줄기세포처럼 자기 분열능력을 가지고 있어 지속적으로 성장하며, 치료 저항성을 보이며, 치료 후 재발에 관련되어 있는 것으로 알려져 있어, 교모종 줄기세포의 제거가 뇌암 치료의 효율을 극대화시키는 필수적인 요소로 생각된다.
EGFRvIII는 교모종 세포에서 자주 관찰되는 EGF 수용체의 리간드 결합부분이 제거된 항상 활성화되어 있는 활성화되어 있는 EGF 수용체다. 교모종 줄기세포의 줄기세포 능력에 EGFRvIII가 중요한 역할을 수행하고 있음이 보고되어 왔으나, EGFRvIII의 기능조절 기전은 아직까지 보고된 바 없다.
ANO1 이온통로는 본 연구진의 2016년 선행연구를 통해 교모종 세포주의 성장, 이동, 침윤에 중요한 역할을 수행하는 칼슘의존성 염화이온(chloride) 통로임이 연구된 바 있으나, 교모종 줄기세포에서의 생리적 기능은 연구된 바 없는 이온통로이다.

연구내용

본 연구에서는, ANO1 이온통로 단백질이 환자유래 교모종 줄기세포인 X04, X08, 0315 세포에서 과발현되어 있음을 확인하였으며, 10% FBS (Fetal bovine serum)를 처리하여 교모종 줄기세포를 분화시킬 경우, ANO1 이온통로의 단백질 발현이 감소함을 확인하였다. 또한 교모종의 암화정도가 증가할수록 ANO1 이온통로의 단백질 발현이 증가하며, ANO1 이온통로의 단백질 발현이 증가할수록, 환자의 생존율이 감소함을 확인하였다. (그림 1).
ANO1 이온통로의 유전자 발현을 shRNA로 억제하거나, ANO1 이온통로 억제제인 CaCCA01을 처리하여 ANO1 이온통로의 기능을 억제할 경우, 환자유래 교모종 줄기세포의 다양한 줄기세포 관련 단백질의 발현이 감소함을 확인함으로써 줄기세포 능력이 억제됨을 확인하였다. (그림 2).

[그림 1] 교모종 줄기세포에서 ANO1 이온통로의 과발현

[그림 2] ANO1 이온통로의 결핍에 의한 줄기세포 관련인자들의 발현 감소

ANO1 이온통로의 결합단백질을 탐색함으로써, 교모종 줄기세포의 줄기세포 능력 유지에 필수적인 EGFRvIII를 신규 동정하였다. 다양한 생화학적 실험방법을 통해 환자유래 교모종 줄기세포에서 ANO1 이온통로와 EGFRvIII가 단백질-단백질 결합을 이루고 있음을 확인하였으며, ANI1 이온통로가 EGFRvIII 단백질의 분해를 억제함을 확인함으로써, EGFRvIII 단백질의 안정성을 높임으로써 교모종 줄기세포의 줄기세포 능력을 증가시킴을 규명하였다. (그림 3)

[그림 3] 교모종 줄기세포에서 ANO1 이온통로와 EGFRvIII 단백질-단백질 결합

연구성과

본 연구를 통하여 교모종 줄기세포에서 ANO1 이온통로가 EGFvIII 단백질과 결합을 통해 암줄기세포 기능유지에 중요한 역할을 수행함을 규명하였으며, 교모종 치료를 위한 새로운 마커를 제시하였음. 그 결과는 Oncogene (IF: 7.971) 지에 게재하였다.

기대효과

교모종은 진단후 평균 생존기간이 15개월 이내이며 5년 생존율이 5%일 정도로 매우 공격적인 뇌암이다. 교모종 환자의 치료가 어려운 것은 수술후 화학치료 및 방사선 치료에 대한 교모종 세포의 저항성 과 주변의 정상 뇌조직으로 교모종 줄기세포가 빠르게 퍼져가기 때문이다. 본 연구를 통해 환자유래 교모종 줄기세포에서 ANO1 이온통로와 EGFRvIII 간의 단백질-단백질 결합이 교모종 줄기세포의 줄기세포 능력유지 와 교모종 악성화에 중요함을 규명함으로써, 교모종 줄기세포 치료를 위한 분자마커 및 분자표적으로써 ANO1 이온통로와 EGFRvIII가 활용될 것으로 기대한다.

[관련성과]
Kim HJ et al. ANO1 regulates the maintenance of stemness in glioblastoma stem cells by stabilizing EGFRvIII. Oncogene. 2021 Jan 15. doi: 10.1038/s41388-020-01612-5. Online ahead of print.