방사선생물학

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  • [Cell Death Differ.] Integrin α6β4-Src-AKT signaling induces cellular senescence by counteracting apoptosis in irradiated tumor cells and tissues.

    [Cell Death Differ.] Integrin α6β4-Src-AKT signaling induces cellular senescence by counteracting apoptosis in irradiated tumor cells and tissues.

    인하의대 / 정승희, 이재선*

  • 출처
    Cell Death Differ.
  • 등재일
    2018 May 21.
  • 저널이슈번호
    doi: 10.1038/s41418-018-0114-7. [Epub
  • 내용

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    그림 1. 방사선에 의해 노화되는 암세포에서 세포막의 콜레스테롤 수준 증가를 확인한 결과

     

    그림 2. 방사선에 의해 활성화되는 두개의 다른 신호전달경로 즉, DNA 손상에 의한 세포사멸신호와 인테그린 활성화에 의한 세포생존신호의 발란스에 의해 암세포는 세포사멸과  세포노화의 두 다른 세포운명 사이에서 최종 세포의 운명을 선택하게 됨

     

    Abstract
    Cellular senescence refers to an irreversible growth arrest that is triggered by various intrinsic and extrinsic stresses. Many recent studies have demonstrated that cellular senescence plays a crucial role in the regression of tumors exposed to ionizing radiation (IR), but the underlying mechanism remains unknown. Here we show that the activation of integrin β4 is essential for IR-induced cellular senescence. IR treatment results in the phosphorylation of integrin β4 at tyrosine residue 1510, leading to activation of the integrin α6β4-Src-AKT signaling pathway. We further reveal that the IR-induced phosphorylation of integrin β4 is regulated by the cholesterol content and membrane fluidity. We also find that IR-induced p53-caspase signaling is independent of integrin α6β4-Src-AKT signaling. Finally, we show that siRNA- or inhibitor-mediated blockade of integrin α6β4-Src-AKT signaling switches the post-irradiation fate from senescence to apoptosis, under p53 activated condition, in both cancer cells and tumor tissues of xenograft mice. On the basis of our finding that, integrin α6β4 is specifically activated and acts primarily to induce premature senescence in irradiated cancer cells, we propose that this integrin may be a valuable target and biomarker for radiotherapy.

     


    Author information

    Jung SH1,2, Lee M3, Park HA1,2, Lee HC1,2, Kang D1,2, Hwang HJ1,2, Park C2, Yu DM4, Jung YR3, Hong MN3, Kim YN5, Park HJ2,6, Ko YG4, Lee JS7,8.
    1
    Department of Molecular Medicine, Inha University College of Medicine, Incheon, Korea.
    2
    Hypoxia-related Disease Research Center, Inha University College of Medicine, Incheon, Korea.
    3
    Radiation Non-clinical Center, Korea Institute of Radiological and Medical Sciences, Seoul, Korea.
    4
    Division of Life Sciences, Korea University, Seoul, Korea.
    5
    Division of Cancer Biology, Research Institute, National Cancer Center, Goyang, Korea.
    6
    Department of Microbiology, Inha University College of Medicine, Incheon, Korea.
    7
    Department of Molecular Medicine, Inha University College of Medicine, Incheon, Korea. jaeslee@inha.ac.kr.
    8
    Hypoxia-related Disease Research Center, Inha University College of Medicine, Incheon, Korea. jaeslee@inha.ac.kr.

     

    관려자료보기

    http://www.rmwebzine.re.kr/newshome/mtnmain.php?mtnkey=articleview&mkey=scatelist&mkey2=76&aid=2589

  • 연구소개
    본 연구진은 방사선에 의해 유도되는 암노화를 활용하여 암치료 효율증진 및 암치료의 부작용 극복 방안을 제안하고자 하는 연구를 꾸준히 진행하고 있다. 본 연구진은 방사선에 의해 매우 효율적으로 암세포가 노화된다는 사실을 세포수준과 동물수준에서 확인하고 이와 연관된 다양한 주제로 방사선의학기술사업을 수행하며 연구하던 중 방사선에 의한 암세포 노화과정에서 세포막의 변화가 수반되는가? 세포막의 신호전달 중심부위인 지질래프트가 필요한가? 세포막/지질래프트가 필요하다면 이 부위에 존재하는 어떤 단백질이 신호전달경로의 최상위에서 방사선 신호를 감지할 수 있을까?하는 기본적인 궁금증을 가지게 되어 본 연구를 시작하게 되었다. 흥미롭게도 암세포는 방사선에 의해 세포막의 콜레스테롤을 아주 빠른 시간 내에 증가시키며 지질래프트도 동시에 증가시킨다는 사실을 발견하게 되었다 (그림 1). 지질래프트의 파괴는 방사선에 대한 세포의 반응성을 변화시켜 세포노화 상태에서 세포사멸 상태로 세포운명이 전환된다는 사실을 발견하고 분자적 작용기전을 연구하던 중, 방사선에 의해 세포막의 지질래프트에서 인테그린 알파6와 베타4가 이형이합체를 이루며 활성화된다는 사실을 알 수 있었다. 이렇게 활성화된 인테그린 알파6베타4는 Src-AKT를 활성화시킴도 확인할 수 있었다. 한편 방사선에 의해 활성화되는 DNA 손상 신호전달경로는 p53을 활성화하고 caspase를 활성화하지만, 이 때 방사선에 의한 인테그린 알파6베타4-Src-AKT의 세포생존의 신호전달경로가 동시에 활성화되어 caspase 활성화를 효율적으로 억제함으로서 세포사멸을 억제하고 세포가 세포노화를 경로를 선택하도록 해주는 것이다 (그림 2). 본 연구는 암세포의 방사선에 대한 세포운명을 다양한 약제 및 제재를 활용해서 세포사멸과 세포노화로 선택적으로 전환시킬 수 있음을 세포수준에서는 물론 종양이식생쥐 모델에서 최종적으로 다시 한번 입증하였다. 본 연구결과는 Cell Death & Differentiaion (2018)에 게재되었으며 인테그린 베타4의 방사선 반응성 조절에 대한 특이적 기능은 국내특허로도 등록되었다. 본 연구가 방사선에 대한 암세포 반응성을 근본적으로 이해하고 방사선치료에 도움이 되는 약제 개발에 장기적으로 도움이 될 수 있기를 희망해본다.
  • 편집위원

    IR-induced cellular senescence는 tumor의 regression에 핵심 역할을 담당할 것으로 보고되고 있으나 그 분자 기전은 명확하지 않다. 본 논문은 IR에 의한 integrin β4 의 tyrosine phosphorylation과 이를 통한 integrin α6β4-Src-AKT signaling pathway의 활성화가 premature senescence를 유도함을 증명함으로써 integrin이 방사선치료의 valuable target이 될 수 있음을 규명했다.

    2018-06-21 11:25:57

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