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The Role of 15-Deoxy-Δ12,14-Prostaglandin J2 in Human Breast Carcinogenesis
Reports NRF is supported by Research Projects( The Role of 15-Deoxy-Δ12,14-Prostaglandin J2 in Human Breast Carcinogenesis | 2005 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 김은희(서울대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number E00004
Year(selected) 2005 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2008년 10월 30일
Year type 결과보고
Year(final report) 2008년
Research result report
  • Abstract
  • 15-Deoxy-Δ12,14-prostaglandin J2 (15d-PGJ2), an endogenous ligand for peroxisome proliferator-activated receptor-γ, has been shown to induce apoptosis in various types of cells. However, this cyclopentenone prostaglandin, characterized by the presence of a highly reactive α,β-unsaturated carbonyl group, also exerts cytoprotective effects. In the present work, we found that treatment of human breast cancer (MCF-7) cells with 15d-PGJ2 led to concentration- and time-dependent increases in the expression and activity of heme oxygenase-1 (HO-1), a ubiquitous stress-responsive enzyme. Elevated expression or activity of HO-1 has been reported to stimulate proliferation and to accelerate angiogenesis in several tumor cells. 15d-PGJ2 at 30 μM induced phosphorylation of Akt and ERK1/2 in 6 h and 12 h, respectively. Up-regulation of HO-1 by 15d-PGJ2 was abolished by pretreatment with the phosphatidyl inositol-3 kinase (PI3K) inhibitor LY294002, but not with the MEK inhibitor U0126. To confirm whether the HO-1 expression is mediated by Akt that is downstream of PI3K, we transfected MCF-7 cells with full length Akt or Kinase-Dead Akt (KD-Akt) vector. KD-Akt transfection abolished HO-1 expression as well as HO-1 activity. These results suggest that induction of HO-1 expression can be regulated via the PI3K-Akt pathway. Nrf2, a basic-leucine zipper transcription factor, has been reported to positively regulate the antioxidant response element (ARE)-mediated expression of various phase-2 detoxifying or antioxidant enzymes including HO-1. 15d-PGJ2 induced increased nuclear translocation as well as expression of Nrf2, leading to elevated Nrf2-ARE binding. The promoter activity assessed by using the luciferase reporter construct harbouring ARE consensus sequences was increased by 15d-PGJ2 in transiently transfected MCF-7 cells. Mutation of the GC box in the ARE core sequence obliterated the 15d-PGJ2-induced transcriptional activity of Nrf2. Treatment of MCF-7 cells with LY294002 or transient transfection with KD-Akt abrogated 15d-PGJ2-induced Nrf2 activation and ARE binding activity. MCF-7 cells transfected with dominant negative Nrf2 were less responsive to 15d-PGJ2-induced expression and activity of HO-1. 9,10-Dihydro-15d-PGJ2, a 15d-PGJ2 analog lacking the reactive α,β-unsaturated carbonyl group, failed to induce HO-1 expression as well as Nrf2 activation and Akt phosphorylation.
  • Research result and Utilization method
  • 본 연구에서는 15d-PGJ2가 세포 독성을 나타내지 않는 농도에서 항산화 효소인 HO-1의 발현을 유도하는 자세한 분자적 작용 메카니즘을 규명하고자 하였다. 그 과정에서 15d-PGJ2에 의한 HO-1 발현 유도에 관여하는 상위 인산화 효소들의 활성화를 Western blot analysis를 이용하여 검색하고, 이 때 각 인산화 효소의 pharmacologic inhibitor들과 dominant negative vector를 사용하여 그 조절 여부를 확인하였다. 또한 항산화효소의 발현을 조절한다고 알려진 전사인자인 Nrf2의 dominant negative vector를 이용하여 Western blot analysis와 PCR, 그리고 EMSA 등의 방법을 통하여 실제적으로 Nrf2가 15d-PGJ2에 의한 HO-1의 발현 유도를 조절하는 지를 규명함으로써 HO-1 발현이 조절되는 근본적인 기전을 밝히고, 암세포의 자가 세포 보호 효과를 확인하였다.
    인체 유방암 (MCF-7) 세포에 15d-PGJ2를 처리한 결과 HO-1의 단백질 및 mRNA 발현과 HO의 활성이 현저히 증가되었으며, microarray data에서도 15d-PGJ2에 의해 HO-1 유전자가 control에 비해 90 배가 증가하는 것을 관찰하였다. 15d-PGJ2로 인한 HO-1의 발현 조절기전을 규명하기 위하여 HO-1 유전자 promoter 부위에 결합 가능한 전사인자인 Nrf2의 활성을 검토한 결과, 15d-PGJ2를 처리함으로써 Nrf2의 핵 내 이동과 ARE binding activity가 증가되었으며, 반대로 Nrf2의 dominant-negative mutant와 Nrf2 si-RNA를 transfection하여 Nrf2의 활성을 억제한 경우, 15d-PGJ2으로 유도된 HO-1의 발현을 억제하였다. 또한 MCF-7 세포에 15d-PGJ2를 처리한 결과 Akt의 활성이 증가되었으며 Akt 저해제인 LY294002를 전처리하거나 그 기능이 소실된 kinase-dead mutant Akt를 transfection하여 Akt의 활성을 억제한 경우, Nrf2-ARE binding 및 transcriptional activity 및 HO-1의 발현이 감소되었다. 이상의 결과는 15d-PGJ2에 의한 HO-1의 유도가 PI3K/Akt 및 Nrf2의 활성화를 통해 일어남을 시사한다.
    본 연구는 암세포의 자가세포사멸을 유도함으로써 암 치료에 대한 새로운 가능성으로 주목받고 있는 15d-PGJ2의 bifunctional effect에 대한 것이다. 따라서, 이 연구는 항암제를 이용한 암 치료시 발생하는 여러 약제 내성 및 adaptive response의 기작을 세포 및 분자 수준에서 규명하는데 중요한 단서를 제공할 수 있을 것이며, 또한, 염증의 대표적 marker인 COX-2와 관련하여 세포증식 및 사멸에 대한 조절 기전을 밝힐 수 있을 것이며, 이러한 작용 기작의 규명을 통해 의료 생명공학 관련산업의 국제 경쟁력을 높일 수 있으리라 사료된다.
  • Index terms
  • 15-Deoxy-Δ12,14-prostaglandin J2, heme oxygenase-1, Nrf2, human breast cancer (MCF-7) cells
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