다양한 암 세포를 저산소환경(hypoxia)에 노출시키거나, 저산소환경 노출 후 방사선을 조사한 후 각암세포들의 세포사멸을 관찰하고, 세포사멸 신호전달에 관여하는 단백질들의 발현 및 조절을 조사하였다. LDH 활성 측정을 통해 상대적인 세포사멸 정도를 분석한 결과, 정상 섬유모세포주인 NIH3T3 세포의 경우 5 Gray의 방사선을 조사한 경우에는 약 50% 정도의 세포들이 손상을 받았고, 12시간의 저산소환경 노출 후에는 약 64%의 세포가 손상을 받은 반면, 12시간 저산소환경 노출 후 5 Gray의 방사선을 조사한 경우에는 약 58%의 세포들이 손상을 받았다. 이에 반해 MCF7 세포의 경우에는 저산소환경에 노출된 시간이나 방사선 조사량에 관계없이 다른 두 종류의 세포들에 비해 손상을 덜 받았으며, 간암 세포주인 HepG2 세포의 경우에는 방사선 조사나 저산소환경 노출에 의해서는 약 70~80%의 세포가 손상을 받았고, 저산소환경 노출 후 방사선을 조사한 경우에는 오히려 세포사멸이 의미 있게 감소하였다. Hoechst-Propidium iodide 핵염색과 DNA 분절 (DNA fragmentation)분석 및 FACS 분석을 통해 아포프토시스를 확인한 결과에서는, 간암 세포주인 HepG2 세포에서만 핵염색 상의DNA 분절과 DNA gel 상에서의 분절을 관찰할 수 있었다. 또한 이들 세포에서의 세포 주기 조절 단백질들의 발현 변화를 비교한 결과, MCF7 세포에서는 저산소환경에 노출되었을 경우 E2F-1의 발현이 크게 증가한 반면, 방사선조사에 의해서는 오히려 발현이 감소하였고, 저산소환경 노출 후 방사선을 조사한 경우에도 발현 정도가 크게 감소하였다. HepG2 세포에서는 저산소환경 노출 및 방사선 조사에 의해서는 E2F-1의 발현이 증가하였으나, 저산소환경 노출 후 방사선을 조사한 경우에는 E2F-1의 발현이 크게 감소된 것을 관찰할 수 있었다. pRB의 발현이나 p53의 발현은 세 종류의 세포에서 발현 양상이 크게 다르지 않았으며, pRB의 발현은 세 종류의 세포 모두에서 방사선조사나 저산소환경 노출 후 방사선조사에 의해 약간 감소되는 경향을 보였다. p53의 발현은 같은 조건에서 발현이 크게 증가하였으나, 저산소환경에만 노출하였을 경우에는 발현이 오히려 크게 감소되는 것을 관찰할 수 있었다. 본 연구 결과로부터 저산소환경 노출 및 방사선 조사에 대한 세포의 반응은 세포의 종류에 따라 다양하게 나타남을 알 수 있었고, 저산소환경 노출시 MCF7 세포에서의 내성은 E2F-1의 발현 증가와 연관이 있을 것으로 생각되었다. 따라서 다양한 종양세포에서 저산소와 방사선 조사에 대한 민감성을 조사하는 연구는 이들 종양세포의 방사선 치료 등과 같은 치료 시 매우 중요한 자료가 될 것이다.
Human solid tumors are less well oxygenated than normal tissues. This leads to resistance to radiotherapy and anticancer chemotherapy. Many of genes encoding proteins induced by hypoxia are potential products for modifying the radiation response of normal or malignant tissues. Radiosensitivity or radioresisitance of the solid tumor cell lines can be exploited in overcoming the resistance to radiotherapy for cancer treatment. In this study, we investigated the radiosensitivity or radioresistance of the solid tumor cell line induced by hypoxia after radiation and the effect of hypoxia or/and irradiation on the expression of cell cycle regulatory proteins in the NIH3T3, MCF7 and HepG2 cell line. In normal cell line, NIH3T3, the cell death induced by irradiation was decreased by undergoing hypoxic treatment before radiation in the FACS and LDH assays. The percentage of cell death resulted in a significant increase by 70~80% in the NIH3T3 and HepG2 cell line after irradiation or hypoxia, but the cell death was significantly decreased after irradation under hypoxia in the HepG2 cells. However there is no difference in the cell death of MCF7 cells after same insults. DNA fragmentation was observed in only HepG2 cells under hypoxia by Heochst-PI nuclear staining, DNA gel electrophoresis and FACS analysis. In human breast cancer cell line MCF7, the level of E2F was more increased in hypoxia than normoxia, but was decreased after γ-irradiation. However, it was shown that the effects of radiation can be changed by reoxygenation condition after hypoxia in human hepatoma cell line HepG2. The expression of E2F-1 was observed to decrease in HepG2 when cells were exposed to γ-radiation after hypoxia. While investigating in MCF7 cells, the level of E2F-1 was increased under hypoxia. However, the expression of p53 decreased in hypoxia, though was increased after irradiation in the NIH3T3, MCF7 and HepG2 cell line. The increase of E2F-1 expression in MCF7 cells may be associated with hypoxic resistance in hypoxia-mediated apoptosis of tumors. The level of E2F may contribute to some critical factors of cellular repair function associated with DNA damage, and to deciding whether the cells will pass through cell cycle arrest or apoptosis.
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