<위암에서 Smad4의 기작 연구>

1. 연구의 배경 및 필요성

(1) 위암은 우리나라에서 발병률 1위, 사망률 2위인 암종임.

① 우리나라에서 주로 발생하는 암은 위암, 폐암, 간암, 대장암, 유방암, 갑상선암등 6대 암이 전체 암 발생의 ⅔를 차지하고 있음. 남자에서 주로 발생하는 암은 위암, 간암, 폐암, 대장암 순으로 이들 4대 암 이 남자 암 발생의 ⅔를 차지하며, 여자의 경우는 유방암, 위암, 대장암, 갑상선암, 자궁경부암, 폐암 순으로 이들 6대 암이 여자 암 발생의 ⅔를 차지하고 있음(2004, 국가암관리사업).



② 우리나라의 암 사망순위는 폐암, 위암, 간암, 대장암, 췌장암 순으로, 이들 5대 암에 의한 사망이 전체 암 사망의 약 70%를 차지하고 있음. 남자에 있어 주요 암 사망원인은 폐암, 위암, 간암, 대장암 등으로 이들 4대 암에 의한 사망자 수(28,147명)가 전체 남자 암 사망자 수(40,177명)의 70%를 차지하고 있으며, 여자에 있어 주요 암 사망원인은 위암, 폐암, 간암, 대장암, 췌장암 등으로 이들 5대 암에 의한 사망자 수(13,630명)가 전체 여자 암 사망자 수(22,710명)의 60%를 차지하고 있음(2004, 국가암관리사업).



③ 위암의 mortality rate는 감소중이나, 여전히 10만 명당 남자는 30-35명, 여자는 20명 선이다




(2) 위암치료법은 어디까지 왔는가.

① 위암의 치료 방법으로는 항암 화학 요법, 면역 요법, 방사선치료, 수술 등이 있으나 완치를 기대할 수 있는 유일한 방법은 아직까지는 수술임. 이는 아직까지 위암에 효과적인 항암제가 없기 때문임.

② 위암은 조기위암과 진행위암으로 구부되며, 이에 따라 생존률이 크게 나뉨. 조기위암은 수술후 5년 생존률이 95%이나 진행위암의 경우 병기가 높을 수록 생존률이 급격히 감소한다.

③ 항암치료제를 이용한 위암치료법 : 지금까지 위암치료제로는 5-FU, cisplatin, doxorubicin, MTX 등이 있었으며, 이외에도 다양한 종류, 탁솔계 항암제, 캠프토계 항암제, 옥살리플라틴, 효과적인 경구용 5-FU 제제인 젤로다와 TS-1, 그 외에 분자표적에 대한 치료제인 혈관형성억제제, 상피세포성장인자수용체 억제제등이 약제로 개발되고 있음. 실제 임상에서는 5-FU/cisplatin 6 cycles 병합요법 또는 Mitomycin/Futolan 3 cycles 병합요법이 이루어지고 있음.

④ 우리나라에서는 지금까지 여러 환자들의 위암조직으로부터 세포주를 확립해 왔으며, 이는 위암의 특이적인 조절 기작을 이해하기 위한 수단으로 이용해 오고 있었음. 비록 위암조직과 위 정상조직에서 차별적으로 발현되어지는 유전자들에 대한 연구가 이루어지고 있었고, 실제로 데이터가 발표되어 있지만, 위암의 치료약 개발을 위해 Target으로 선정할 만한 단백질에 대한 단서는 아직 부족함.

2. 연구목표 및 내용

(1) 위암에서 암 억제 단백질, SMAD4
SMAD4는 초기에 췌장암에서 chromosome 18q21.1에 존재하는 암 억제 유전자로 찾아졌음. 췌장암과 대장암에서 SMAD4의 불활성화는 악성암의 진행중에 자주 보여짐. 그러나 SMAD4의 돌연변이는 유방암, 후두암, 전립선암, 식도암 그리고 위암에서는 흔하지 않은 것으로 보임. 특히 위암환자의 경우 SMAD4의 단백질양은 수술후 좋은 예후와 아주 밀접한 연관성이 있음. 그러나 현재 SMAD4의 전사조절 및 post-translational regulation에 관하여는 정확한 기작이 아직 애매한 상황임.

① SMAD4와 결합하는 단백질




지금까지 SMAD4와 결합하는 단백질들은 대부분 세포내 전사조절단백질들이 주로 알려져 있는 상황. 아직까지 세포 성장 억제나 apoptosis에 관여하는 단백질들중에 SMAD4와 결합하거나 연관되어있음이 아직 밝혀지지 않았음.

② SMAD4 단백질 조절 기작
SMAD4는 ubiquitination에 의해서 분해과정을 거치게 됨. 지금까지 밝혀진 내용을 정리해 보면 SMAD4의 분해과정을 조절하는 단백질들에 Skp2, βTrCP1 그리고 Ectodermin과 같은 것들이 알려져 있음.

(2) SMAD4 promoter 연구



SMAD4 promoter에 대한 정확한 위치에 대한 언급은 2007년도 Clinical cancer research저널에 처음으로 언급하는 논문을 기재하였다. SMAD4 promoter는 pGL3 Basic vector에 2kb부터 여러 크기로 deletion되어서 cloning 되어있다.
SMAD4 promoter에는 여러 가지 Transcription factor(TF)의 결합 가능 site가 있으며 몇몇 유력한 Transcription factor들은 SMAD4 promoter에 binding하여 promoter의 활성을 전반적으로 올리는 것으로 알수 있었다. 그리고 또다른 Transcription factor들은 SMAD4 promoter에 binding하여 promoter activity를 어떻게 조절하는지 조절기작의 분석 및 암 억제 기능 분석을 하고 그것을 통해 새로운 신약 발굴을 하기 위한 초석을 다지는데 연구 목적이 있다.

(3) SMAD4와 단백질간의 상호작용 연구

먼저 위암의 발병과정(pathogenesis)를 보면 colon에서의 adenoma-carcinoma sequence와 유사한 패턴이 존재한다는 보고가 있음. 그러나 위 점막조직은 점막의 구조나 기능이 colon보다 훨씬 복잡하며 끊임없이 위산에 노출되고 H.Pylori감염이 많은 점, 그리고 거의 대부분의 암조직주변에서 장형화생(intestinal metaplasia)가 동반되는 점이 다름. 그러므로 위암은 colon cancer와는 다소 다른 경로를 거칠 것으로 예상되며 최근 위암이 골수의 줄기세포에서 기원한다는 최근 보고를 감안할 때 stem cell의 분화와 밀접한 관련을 갖는 TGF-beta pathway가 더 중요한 의의를 가질 것으로 생각됨. TGF-beta pathway는 ligand인 TGF-beta와 그 수용체인 TGFβ-Receptor I과 TGFβ-receptor II가 있다. 이들 receptor들이 TGF-beta에 의해 활성화되면 Smad2,3를 phosphorylation시켜 활성화하며 이는 Smad4와 결합체(complex)를 구성한 후 핵 안으로 이동하여 전사인자(transcription factor)로서 작동함. 이 phosphorylated Smad2,3/Smad4 복합체는 세포분열을 억제하는 p21이나 p27의 발현은 증가시키는 반면 세포분열을 촉진하는 CDC25나 NF-kB의 발현은 증가시켜 세포증식을 억제하고 분화를 촉진하거나 유지시키는 기능을 함.

※ Mass spectrometry를 통해 분석한 SMAD4와 A/B 단백질간의 결합
Mass spectrometry를 이용해서 SMAD4 세 개의 domain각각에 결합하는 여러 단백질들을 얻을수 있었음. 그중에는 단백질 posttranslational modification에 관여하는 단백질들, transcription factor등 흥미로운 candidate들을 포함하고 있지만, 그중에서도 DNA 핵심 기능으로 이미 잘 알려져 있는 A/B 단백질을 이용해 실험을 진행하고 있음.