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Hyperthermia-Treated Mesenchymal Stem Cells (MSCs) Exert Anti-Tumor Effects on the Human SK-OV-3 and MCF7 : Hyperthermia-Treated Mesenchymal Stem Cells (MSCs) Exert Anti-Tumor Effects on the Human SK-OV-3 and MCF7

Hyperthermia-Treated Mesenchymal Stem Cells (MSCs) Exert Anti-Tumor Effects on the Human SK-OV-3 and MCF7

  • 박호 (PARK HO, 생명환경과학대학원 분자진단생명공학과 분자진단생명공학전공)

초록/요약

대부분의 암 조직은 크게 두 가지 세포인 기질세포와 실질세포로 이루어져 있다. 기질세포는 종양 실질 세포의 성장과 다른 조직으로의 침투에 도움을 주는 세포이다. 본 연구는 암 조직을 형성하고 있는 기질세포와 실질세포 간의 상관 관계를 바탕으로 열처리법이 미치는 영향에 대해 초점을 ？？추어 실험에 적용하였다. 임상적으로 열 치료법은 암이 형성된 부위에 43-45℃로 30-50분 정도의 열을 가하는 치료방법으로 다양한 종양에 대해 세포골격, 세포 내막 구조 그리고 세포내 단백질의 안정성을 파괴하고, 혈관내피세포 증식인자와 세포외기질 형성을 억제하며, 종양조직내 면역학적 방어체계와 항암 단백질의 활성화를 촉진하고, DNA수복을 억제, 막 삼투성을 증가시킴으로써, 방사선 요법이나 화학요법과 같은 다른 암 치료법과 병행할 때에 강력한 항암 증대 효과를 나타낸다. 암세포 수준에서의 열 치료법에 대한 영향력은 잘 알려져 있지만, 본 실험의 목표는 종양 조직 형성에 도움을 주는 기질세포에 열처리를 함으로서 어떻게 암 실질세포에 영향을 주는지에 대해 연구하였다. 기질세포를 이루는 선조세포로 중간엽줄기세포를 선택하였으며, 실질세포로는 유방암 세포주인 MCF7과 난소암 세포주인 SK-OV-3를 실험에 이용하였다. 중간엽 줄기세포는 대표적으로 골수, 지방, 제대혈, 양막, 양수 등의 다양한 조직에서 분리할 수 있는 다능성 기질세포로서 면역세포의 활성을 억제하는 능력이 있어 장기이식에 있어 조혈줄기세포의 증식과 분화에 도움을 줄 뿐만 아니라, 다양한 조직으로의 재생 능력 이 있어 상처치유와 수복에 중요한 역할을 함이 알려져 있다. 뿐만 아니라, 암 형성 부위로도 이동하여, 암 실질세포의 성장과 전이의 촉진을 돕는 것으로 알려져있다. 본 연구에서는 열처리를 가한 중간엽줄기세포(기질세포)의 배양액(Heat Shock, HS)과 가하지 않은 배양액(No shock, NS)을 각각의 세포주에 처리해 줌으로 종양 실질세포의 생물학적 변화 (위상차 현미경을 이용한 세포형태학적 분석, ELISA를 이용한 세포 증식능력 평가, 세포핵의 형태학적 분석, FACS를 이용한 세포사와 세포주기 관찰, RT-PCR을 이용한 종양관련분자의 발현, 세포 내 사이토카인 분석)등의 방법으로 생물학적 작용을 분석하였다. 결과적으로 열처리를 가한 기질세포의 배양액이 암세포의 증식능력을 감소시켰으며, 핵의 균열과 농축뿐 아니라 세포사를 발생, 항암제에 민감한 효과를 제시했고 또한 암세포의 종양 마커인 MDR-1, Bfl-1의 발현 감소, TNF-R의 발현을 상승시켰다. 마지막으로 사이토카인 분석결과 CCL18, NT-3, IGFBP-4와 Angiogenin과 같은 종양 억제 물질들의 발현이 증가했음을 관찰 할 수 있었다. 이로서 본 연구는 기질세포와 실질세포의 세포 세포간 상호작용에 의한 종양 형성에 있어 열처리를 가했을 때 기질세포가 분비하는 스트레스성 작용물질이 암 실질세포에 좀더 민감한 항암효과를 제공했음을 알 수 있었다.

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초록/요약

Mesenchymal stem cells (MSCs) possess the potential for differentiation into multilineages. MSCs have been reported to play a role as precursors for tumor stroma in providing a favorable environment for tumor progression. Hyperthermia destroys cancer cells by raising the temperature of tumor-loaded tissue to 40-43℃ and causes indirect sensitizing effects when combined with chemo- and/or radiotherapy. However, how hyperthermia affects the tumor-supportive stroma is unknown. Here, we investigated the effects of hyperthermia-treated MSCs, from different sources, on the human ovarian cancer cell line SK-OV-3 and Breast cancer cell line MCF7. MSCs from adipose tissue (ADSCs), amniotic fluid (AFSCs) and bone marrow (BMSC) were un-treated (NS-MSCs) or heat-treated (HS-MSCs). The culture supernatant of each treatment group was collected and transferred to the SK-OV- 3 and MCF7 cells. The morphological analysis and cell proliferation assay showed a reduced viability of the tumor cells in the conditioned medium with the HS-MSCs. Further investigations revealed that the conditioned medium of the HS-MSCs induced a higher nuclear condensation and a greater number of sub-G1 cells among the tumor cells. Analysis of the mRNA expression demonstrated that the conditioned medium of the HS-MSCs induced up-regulation of the TNFR and down-regulation of MDR1 as well as the anti-apoptotic gene Bfl-1. Finally, the cytokine array of each conditioned medium showed that angiogenin, IGFBP-4, NT-3 and CCL18 are involved as main factors. This study showed that the conditioned medium of the HS-MSCs exerted a suppressive effect on tumor progression and malignancy, suggesting that hyperthermia enables tumor stromal cells to provide a sensitizing environment for tumor cells to undergo cell death.

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목차

ABSTRACT
INTRODUCTION
MATERIAL AND METHODS
1. Preparation and Culture of human MSCs
2. Heat Treatment of MSCs and Conditioned Culture of Tumor cells
3. Cell Proliferation Assay
4. Sub-G1 Analysis
5. Nuclear Condensation Assay
6. Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction (RT-PCR)
7. Cytokine Array
RESULTS
1. Characterization of Heat-treated MSCs.
2. Inhibition of Tumor Cell Proliferation by Conditioned Medium of
Heat-treated MSCs.
3. Condensation of the Tumor Cell Nucleus by the Conditioned Medium of the Heat-treated MSCs
4. Sub-G1 Analysis of the Tumor Cells in the Conditioned Medium with the Heat-treated MSCs
5. Changes of mRNA Expression of the Tumor-Associated Molecules
6. Cytokine Analysis of the Tumor Cells in Each Condition
7. Proliferation of MCF7 and MDA-MB-231 cells cultured in the conditioned medium obtained from non-treated or heat-treated fibroblasts
DISCUSSION
FIGURES
REPERENCES

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