폐암 상피세포주 NCI-H292에서의 COX-2 과발현 기전

Abstract

Cyclooxygenase-2 (COX-2) is an enzyme that converts arachidonic acid into the family of prostaglandins, inflammatory and carcinogenic mediators. Evidence that overexpression of COX-2 is frequently observed in many human cancers, including lung and colon, and treatments with COX-2 inhibitors reduce certain tumors strongly suggests that COX-2 plays an important role in tumorigenesis. However, mechanisms of how COX-2 is overexpressed in cancers remain unclear. This study was conducted primarily to investigate whether COX-2 is overexpressed in human lung cancer cells and secondly to elucidate the molecular and signaling mechanisms leading to COX-2 overexpression. Among human lung cancer cells tested, specifically, NCI-H292 cells showed a high induction of COX-2 at both mRNA and protein levels that was associated with increased COX-2 promoter activity and COX-2 mRNA stability. Interestingly, constant activation of ERKs, JNKs, p38 MAPK, and AKT was observed in NCI-H292 cells. However, inactivation of p38 MAPK and AKT by SB203580 (a p38 MAPK inhibitor) and LY294002 (a PI3K/AKT inhibitor), respectively, strongly suppressed COX-2 at levels of the protein, mRNA and promoter activity. Inactivation of ERKs by PD98059 (a ERKs inhibitor) also led to a partial down-regulation of COX-2 at levels of the protein, mRNA, and promoter activity. However, blockage of JNKs by SP600125 (a JNKs inhibitor) did not alter COX-2 expression. In NCI-H292 cells, COX-2 protein was rapidly degraded but COX-2 mRNA was very stable. Specifically, treatment with SB203580, but not LY294002, accelerated COX-2 mRNA degradation, suggesting involvement of p38 MAPK in stabilizing COX-2 mRNA. Distinctly, the data of MTS and cell count analyses demonstrated that inactivation of COX-2 by NS-398, a selective COX-2 inhibitor, did not influence the viability and number of the cells, whereas treatment with LY294002 or PD98059 effectively reduced the viability and number of NCI-H292 cells, suggesting that AKT and ERKs, but not COX-2 or p38 MAPK, facilitate the growth of NCI-H292 cells. Collectively, these results suggest that COX-2 is overexpressed in NCI-H292 cells and the expression is closely associated with increased COX-2 transcriptional activity and post-transcriptional COX-2 mRNA stability as well as with constitutive activation of multiple intracellular signaling proteins, including p38 MAPK, AKT, and ERKs.

Cyclooxygenase-2 (COX-2)는 arachidonic acid로부터 prostaglandins를 합성하는 효소로 염증 반응과 암 형성에 관여한다. COX-2의 과발현은 폐, 대장 같은 많은 인간 암 조직 및 세포에서 흔히 관찰되어지고 COX-2 선택적 저해제를 처리하였을때 암 발생이 줄어드는 것이 보고되었다. 하지만 암 조직 및 세포에서 과발현되는 COX-2의 작용기전은 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 폐암 상피세포주에서 COX-2 과발현을 확인하고, COX-2 과발현 조절기전에 대한 연구를 시행하였다. 여러 폐암 상피세포주 중에서 특이적으로 NCI-H292 세포주에서만 COX-2의 과발현이 관찰되었고, 이때 extracellular signal-regulated protein kinases (ERKs), c-Jun N-terminal kinases (JNKs), p38 mitogen-activated protein kinases (MAPK), phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K)/AKT와 같은 신호 전달 단백의 활성 증가도 관찰되었다. 흥미롭게도 NCI-H292 세포에서 과발현된 COX-2는 p38 MAPK 억제제인 SB203580 그리고 PI3K/AKT 억제제인 LY294002의 처리에 의해서 크게 감소되었고, ERKs 억제제인 PD98059에 의해서도 부분적으로 감소하였다. 하지만 JNKs 억제제인 SP600125에 의해서는 영향을 받지 않는 것으로 보아 NCI-H292 세포에서 COX-2 과발현은 p38 MAPK, PI3K/AKT, ERKs가 관여함을 알 수 있었다. Actinomycin D를 처리하여 후전사 단계에서의 COX-2 mRNA 안정성이 SB203580 처리 시간에 따라 COX-2 mRNA가 크게 감소하는 반면 LY294002에 의해서 변화가 없는 것으로 보아 p38 MAPK가 COX-2 mRNA 안정성에 관여함을 알 수 있었다. Cycloheximide를 처리하여 COX-2 protein 안정성을 확인한 결과 p38 MAPK 및 PI3K/AKT, ERKs가 COX-2 protein 안정화와 무관하다는 것을 알 수 있었다. 한편 LY294002와 PD98059는 NCI-H292 세포의 증식과 세포 수를 감소시키는 반면 SB203580와 COX-2 선택적 저해제인 NS-398에 의해서는 변화가 없는 것으로 보아 NCI-H292 세포의 성장 촉진은 PI3K/AKT, ERKs가 관여하고 p38 MAPK와 COX-2는 관여하지 않음을 알 수 있었다. 종합해 볼 때, NCI-H292 폐암 세포주에서 COX-2 과발현이 보여지며 이러한 COX-2의 과발현은 COX-2 전사 및 COX-2 mRNA 안정성 증가와 더불어 p38 MAPK, PI3K/AKT, ERKs 신호 전달 단백질의 활성화 증가와 깊은 관련이 있는 것으로 사료된다.