Studies on the estrogen biosynthesis and metabolism related aromatase and CYP1B1 expression by PGE2 and o,p'-DDT in breast cancer cells

Abstract

본 연구에서는 염증 반응을 유도하는 유기염소계 살충제 o,p’-DDT (o,p’-dichlorodiphenyltrichloroethan)와 염증 반응 최종산물인 PGE2 (prostaglandin E2)의 유방암 유발에 관여하는 estrogen의 합성 및 대사 조절 단백질 발현에 미치는 영향과 작용기전을 조사하였다. Estrogen 합성 조절 단백질 aromatase에 대한 o,p’-DDT의 영향을 조사하기 위하여 인간 유방암세포주인 MCF-7 세포주에 o,p’-DDT를 처리하였을 때 aromatase 단백질과 유전자 발현, 전사활성 및 효소 활성도가 증가하였다. PGE2는 aromatase 발현을 유발하는 대표적인 물질로 염증반응 매개 단백질인 COX-2 (cyclooxygenase-2)의 최종 산물이다. o,p’-DDT에 의해 COX-2 단백질과 유전자 발현이 증가하였으며, PGE2 생성량이 증가하였다. 또한 MCF-7 세포주 외에 인간 유방암 세포주 MDA-MB-231과 SK-BR-3 세포에서도 o,p’-DDT에 의해 aromatase와 COX-2 단백질 및 유전자 발현이 증가하였다. o,p’-DDT의 PGE2 신호전달에 관여하는 EP2, 4 receptor 발현이 증가하였으며, 이들의 억제제를 처리하여 이를 재확인하였다. o,p’-DDT는 aromatase 발현에 관여하는 CRE (cAMP response element)의 전사활성과 cAMP 생성량을 증가시켰으며, CREB (CRE binding protein) 단백질의 세포질에서 핵으로의 translocation을 유발하였다. cAMP 하위 신호전달체계인 PKA와 EP receptor 활성에 관여하는 PI3K/Akt 및 MAPKs ERK, JNK 등의 신호전달 단백질이 활성화되었다. Testosterone을 전처리한 MCF-7 세포에서 o,p’-DDT에 의해 aromatase 발현이 증가되고, estradiol 생성이 유발되어 세포 생장율이 증가되었다. 또한 o,p’-DDT 대체 내분비계 장애물질인 methoxychlor에 의해 COX-2와 aromatase 단백질 발현이 증가하였으며, COX-2의 증가가 aromatase 발현을 조절한다는 것을 재확인하였다. Estrogen 대사 조절 단백질 CYP1B1에 대한 PGE2의 영향을 조사하기 위하여 인간 유방암세포주인 MCF-7 세포주에 PGE2를 처리하였을 때 CYP1B1 단백질과 유전자 발현, 전사활성이 증가하였다. PGE2 신호전달에 관여하는 EP2와 EP4 receptor에 의해 CYP1B1 발현이 유도되었다. ERE (estrogen response element), XRE (xenobiotic response element), AP-1 (activator protein-1)등이 CYP1B1 발현을 조절하는 대표적인 promoter로 PGE2 처리에 의한 ERE에 활성화로 CYP1B1 발현이 유발 되었다. ER가 결핍된 인간 유방암 세포주인 MDA-MB-231과 ER와 가 결핍된 MCF-10A 세포에서 PGE2에 의해 CYP1B1 단백질과 유전자 발현 및 전사활성의 변화가 없었다. 또한 MCF-7 세포에 PGE2를 처리하였을 때 ER와 의 단백질 발현도 변화가 없었다. PGE2에 의해 ER의 serine 118, 167, 305의 인산화가 증가하였다. 또한 PGE2에 의해 PKA, Akt 및 ERK의 단백질이 활성화되었다. COX-2 inhibitor를 처리했을 때 PGE2에 의해 증가된 CYP1B1 발현이 감소하였다. 마지막으로 COX-2를 과발현시켰을 때 CYP1B1의 단백질, 유전자 발현 및 전사활성이 증가하였다. 따라서 염증반응이 증가되었을 때 estradiol을 4-hyroxyestradiol로 대사시켜 유전독성을 유발하는 CYP1B1의 발현이 증가되었으며, 염증반응 유발 시 유방암 발병에 영향을 줄 수 있는 가능성을 확인하였다.