자궁경부암의 방사선치료 및 방사선항암화학 병용치료에 따른 유전자발현 조절양상
Gene Expression Profiles in Cervical Cancer with Radiation Therapy Alone and Chemo-radiation Therapy
소속 상세정보
이규찬/Lee KC
김명곤/김주영/황유진/최명선/김철용
KMID : 0859320030210010054
Abstract
목 적 : 동시에 대량으로 유전자발현 양상을 검사할 수 있는 cDNA microarray 기법을 이용하여 자궁경부암에서 특징적으로 나타나는 유전자발현 양상을 알아보고, 방사선치료 및 방사선 항암화학요법 병용치료시의 유전자발현 변화양상을 파악하고자 하였다.
대상 및 방법 : 자궁경부 편평상피암으로 확진된 후 근치목적 방사선치료를 단독으로 시행한 8명과 항암화학요법을 병행한 8명에서 채취한 종양조직을 대상으로 하고, 정상 자궁경부 3례를 대조군으로 하였다. 조직 생검은 치료 전과 외부 방사선치료 16.2∼27 Gy에 두 번하였다. 항암화학요법을 병용한 경우, 5-FU 1,000 mg/m2을 제 1일부터 5일까지 정주하고, cisplatin 60 mg/m2을 제 1일에 정주하였다. cDNA microarray는 종양조직에서 추출한 total RNA를 역전사(reverse transcription)방법을 이용하여 [P-33]을 표지한 cDNAs를 제작, nylon membrane에 hybridization하였다. 이후 membrane을 phosphor-imager screens에 옮겨 1∼5일 동안 노출시킨 후 이미지를 스캔하였다. 유전자의 발현정도는 각 스팟(spot)들의 방사능 강도로 나타나는데, 각 스팟의 픽셀(pixel)을 Arrayguage 를 사용하여 산출한 후 엑셀파일로 저장하였다. 유전자의 발현정도 비교는 원 자료(original data)를 Z-변환을 통해 보정(normalized)한 후 Z-ratio 값을 산출하여 시행하였다.
결 과 : 대조군에 비해 자궁경부암에서 Z-ratio 2.0 이상으로 유의한 발현증가를 보인 유전자들은 integrin-linked kinase, CDC28 protein kinase 2, Spry 2, ERK 3 등 15개로 주로 세포성장과 증식, 세포주기, 신호전달 등에 관련된 유전자들이었으며, Z-ratio -2.0 이하의 유의한 발현감소는 G protein-coupled receptor kinase 6외 6개였다. 방사선 단독치료를 시행한 후 Z-ratio 2.0 이상 발현이 증가한 것은 cyclic nucleotide gated channel외 3개의 Expressed sequence tags (EST)들이었고, Z-ratio -2.0 이하의 발현감소를 보인 것들에는 치료전 종양세포에서 발현이 증가되었던 세포성장과 증식, 세포주기, 신호전달 등에 관련된 유전자들이 포함되었다. 방사선치료와 항암화학요법을 병용했을 때는 방사선 단독치료에 비하여 세포성장과 증식 및 신호전달 관련 유전자들이 상대적으로 높게 발현되었으며, 이외에도 혈관형성(angiopoietin-2), 면역반응(formyl peptide receptor-like 1), DNA 손상회복에 관련된 유전자(cAMP phosphodiesterase)의 발현은 증가되고 세포고사(death associated protein kinase)에 관련된 유전자는 발현 감소를 보였다.
결 론 : 자궁경부암에서 분열과 증식 및 신호전달에 관여하는 여러 종류의 유전자들 발현이 동시다발적으로 증가되어 있다는 것과 방사선치료를 시행하면 이들 유전자의 발현이 감소하여 종양세포의 분열과 증식이 저해된다는 것을 확인하였다. 방사선 단독치료와 항암화학요법 병용치료를 비교하면 그 유전자 발현양상이 다르므로 향후 이번 연구에서 나타난 유전자들에 대한 추가 연구가 필요하며, 이는 개별화된 맞춤형 치료법을 개발하는데 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
Purpose : To analyze the gene expression profiles of uterine cervical cancer, and its variation after radiation therapy, with or without concurrent chemotherapy, using a cDNA microarray.
Materials and Methods : Sixteen patients, 8 with squamous cell carcinomas of the uterine cervix, who were treated with radiation alone, and the other 8 treated with concurrent chemo-radiation, were included in the study. Before the starting of the treatment, tumor biopsies were carried out, and the second time biopsies were performed after a radiation dose of 16.2∼27 Gy. Three normal cervix tissues were used as a control group. The microarray experiments were performed with 5 groups of the total RNAs extracted individually and then admixed as control, pre-radiation therapy alone, during-radiation therapy alone, pre-chemoradiation therapy, and during-chemoradiation therapy. The 33P-labeled cDNAs were synthesized from the total RNAs of each group, by reverse transcription, and then they were hybridized to the cDNA microarray membrane. The gene expression of each microarrays was captured by the intensity of each spot produced by the radioactive isotopes. The pixels per spot were counted with an Arrayguage , and were exported to Microsoft Excel . The data were normalized by the Z transformation, and the comparisons were performed on the Z-ratio values calculated.
Results : The expressions of 15 genes, including integrin linked kinase (ILK), CDC28 protein kinase 2, Spry 2, and ERK 3, were increased with the Z-ratio values of over 2.0 for the cervix cancer tissues compared to those for the normal controls. Those genes were involved in cell growth and proliferation, cell cycle control, or signal transduction. The expressions of the other 6 genes, including G protein coupled receptor kinase 6, were decreased with the Z-ratio values of below -2.0. After the radiation therapy, most of the genes, with a previously increase expressions, represented the decreased expression profiles, and the genes, with the Z-ratio values of over 2.0, were cyclic nucleotide gated channel and 3 Expressed sequence tags (EST). In the concurrent chemo-radiation group, the genes involved in cell growth and proliferation, cell cycle control, and signal transduction were shown to have increased expressions compared to the radiation therapy alone group. The expressions of genes involved in angiogenesis (angiopoietin-2), immune reactions (formyl peptide receptor-like 1), and DNA repair (cAMP phosphodiesterase) were increased, however, the expression of gene involved in apoptosis (death associated protein kinase) was decreased.
Conclusion : The different kinds of genes involved in the development and progression of cervical cancer were identified with the cDNA microarray, and the proposed theory is that the proliferation signal starts with ILK, and is amplified with Spry 2 and MAPK signaling, and the cellular mitoses are increased with the increased expression of Cdc 2 and cell division kinases. After the radiation therapy, the expression profiles demonstrated the evidence of the decreased cancer cell proliferation. There was no significant difference in the morphological findings of cell death between the radiation therapy alone and the chemo-radiation groups in the second time biopsy specimen, however, the gene expression profiles were markedly different, and the mechanism at the molecular level needs further study.
키워드
Uterine cervix cancer; cDNA microarray; Gene expression; Radiation therapy; Chemo-radiation therapy;자궁경부암; cDNA microarray; 유전자발현; 방사선치료; 방사선항암화학 병용치료
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