핵의학

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  • [J Nucl Med] Inverse Agonist of Estrogen-Related Receptor γ Enhances Sodium Iodide Symporter Function Through Mitogen-Activated Protein Kinase Signaling in Anaplastic Thyroid Cancer Cells

    2015년 12월호
    [J Nucl Med] Inverse Agonist of Estrogen-Related Receptor γ Enhances Sodium Iodide Symporter Function Through Mitogen-Activated Protein Kinase Signaling in Anaplastic Thyroid Cancer Cells

    경북의대 / Thoudam Debraj Singh, 전용현*, 이재태*

  • 출처
    J Nucl Med
  • 등재일
    2015 Nov
  • 저널이슈번호
    56(11):1690-6. doi: 10.2967/jnumed.115.160366. Epub 2015 Sep 3.
  • 내용

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    그림. 1. 미분화 갑상선암 세포에서 GSK5182의 작용 메커니즘 모식도 (Proposed mechanism of GSK5182 in anaplastic thyroid cancer cells. Schematic representation of GSK5182-induced modulation of NIS function through MAP kinase pathway)


    Abstract
    Anaplastic thyroid cancer (ATC), a rare thyroid cancer with poor prognosis, is associated with insufficient function of the sodium iodide symporter (NIS). Estrogen-related receptor γ (ERRγ) is a member of the orphan nuclear receptors with important functions in cell development and homeostasis. However, there are no reports that demonstrate whether ERRγ is related to NIS function. Here, we evaluated the role of ERRγ in the regulation of NIS function in ATC cells using GSK5182, an inverse agonist of ERRγ.

    METHODS:
    Two ATC cell lines, BHT-101 and CAL62, were incubated with GSK5182 at various time points and doses. The NIS function in the ATC cells was serially assessed by their uptake of radioiodine. The effects of GSK5182 on ERRγ and the mitogen-activated protein (MAP) kinase pathway, as well as on NIS protein, were evaluated by immunoblot assay. To examine whether the GSK5182-induced NIS functional activity can be affected by inhibition of the MAP kinase pathway, the MAP kinase activity and levels of radioiodine uptake were determined after application of a mitogen-activated protein kinase kinase (MEK) inhibitor to GSK5182-treated cells. Finally, the cytotoxic effect of (131)I was determined by clonogenic assay.

    RESULTS:
    Treatment with GSK5182 resulted in dose- and time-dependent increases in iodide uptake in ATC cells, which were accompanied by both the downregulation of ERRγ protein and the activation of extracellular signal-regulated kinase (ERK) 1/2. Both the increased radioiodine uptake and ERK1/2 activation of ATC cells were completely inhibited by the specific MEK inhibitor. GSK5182 treatment enhanced the membrane localization of NIS in both ATC cell lines. Accordingly, preexposure to GSK5182 enhanced the cytotoxic effects of (131)I treatment in ATC cells.

    CONCLUSION:
    These findings suggest that the inverse agonist of ERRγ enhances the responsiveness of radioiodine therapy by modulating NIS function in ATC cells via the regulation of ERRγ and the MAP kinase signaling pathway.​

     

     

    Author information

    Singh TD1, Jeong SY1, Lee SW1, Ha JH2, Lee IK3, Kim SH4, Kim J4, Cho SJ4, Ahn BC1, Lee J5, Jeon YH6.
    1Department of Nuclear Medicine, School of Medicine, Kyungpook National University, Daegu, Korea.
    2Department of Pharmacology, School of Medicine, Kyungpook National University, Daegu, Korea.
    3Department of Internal Medicine, School of Medicine, Kyungpook National University, Daegu, Korea.
    4New Drug Development Center, Daegu-Gyeongbuk Medical Innovation Foundation, Daegu, Korea; and.
    5Department of Nuclear Medicine, School of Medicine, Kyungpook National University, Daegu, Korea New Drug Development Center, Daegu-Gyeongbuk Medical Innovation Foundation, Daegu, Korea; and jeon9014@gmail.com jaetae@knu.ac.kr.
    6Department of Nuclear Medicine, School of Medicine, Kyungpook National University, Daegu, Korea Leading-Edge Research Center for Drug Discovery and Development for Diabetes and Metabolic Disease, Kyungpook National University Hospital, Daegu, Korea jeon9014@gmail.com jaetae@knu.ac.kr.

  • 연구소개
    미분화 갑상선암(anaplastic thyroid cancer; ATC)은 인간에게 발병하는 것으로 알려진 가장 공격적이고 치명적인 암들 중 하나입니다. ATC는 갑상선 샘으로부터 폐, 뼈, 국소 임파절, 및 뇌로 급속히 전이됩니다. 이는 대부분의 갑상선 암을 설명하는 고분화(well-differentiated) 양성 갑상선암의 성질과 대조되며, 따라서, 수술, 방사선 요법, 및 화학 요법을 단독으로 또는 조합한 ATC의 치료는 환자 생존에 효과를 거의 나타내지 못해왔습니다. 그 결과, 신규 치료 방법의 개발이 절실히 요구되고 있습니다. 나트륨 요오드 공수송체(sodium iodide symporter; NIS)는 요오드의 세포 내 활성 유입을 매개하는 세포막(plasma membrane) 당단백질입니다. 갑상선암에서, 내생의 NIS는 임상적 상황에서 방사성요오드 요법의 광범위한 적용을 수용하며, 이는 수년에 걸쳐 최소의 부작용으로 악성 세포들을 제거하는 효과적인 치료법으로 알려져 왔습니다. ATC 세포를 포함하여, 저분화성 암세포는 NIS 수준의 감소를 이끄는 점진적인 탈분화를 나타내는 경향이 있습니다. 이는 ATC 세포가 높은 농도로 요오드를 세포내에 축적하지 못하게 하고, 이에 따라 방사선요오드 요법에 세포의 내성을 초래하여, 결국 불량한 예후로 이끕니다. 따라서, 유전자 전달 및 후성유전자 변경 약물 등을 이용한 후성유전학적 조절과 같은 몇 가지 방법을 이용하여 ATC 세포에서 NIS 기능을 회복시키기 위한 많은 시도가 수행되어 왔지만, 이제까지 만족스러운 결과는 얻어지지 않았습니다. 에스트로겐 관련 수용체(estrogen related receptors; ERRα, ERRβ 및 ERRγ)는 에스트로겐 수용체(estrogen receptors; ERs)와 높은 수준의 서열 동일성을 갖는 기본구조적으로 활성인 핵 수용체입니다. ERR 아이소폼(isoform)은 심장, 뇌, 신장, 췌장 및 간과 같은 몇몇 장기에서 우선적으로 발현됩니다. 최근, 몇몇 연구는 ERRγ는 2형 진성 당뇨병, 알코올-유도된 산화적 스트레스, 간 손상 및 손상된 간의 당신생작용(gluconeogenesis)을 통한 미생물 감염, 간 인슐린 시그널링 및 철 대사와 같은 몇몇 대사성 질환에 관련됨을 보여주고 있습니다. 결정 구조 연구는 ERR이 리간드 없이 기본구조적으로 활성이며, 몇몇 소분자 리간드가 ERR의 기능적 활성을 활성화 또는 억제할 수 있음을 예증하였습니다. 이들 중, GSK5182(4-하이드록시 타목시펜 유사체)는 또 다른 핵 수용체와 상호작용하지 않는 ERRγ의 선택적인 역작동제입니다. 최근 일부 연구자들은 GSK5182가 PGC-1α-의존적 방식으로 간의 당신생작용 억제를 통해 당뇨병 증상을 경감시킬 뿐 아니라, ERRγ-매개된 헵시딘(hepcidin) mRNA 발현의 감소에 의해 항균 효과 또한 나타냄을 밝혔습니다. ERRγ의 생물학적 효과는 각종 질병 모델에서 광범위하게 연구되어 왔으나, ATC에서 NIS 기능에 대한 ERRγ의 역할은 지금까지 명확히 연구되어 있지 않았습니다. 본 연구에서는 ERRγ의 역작동제인 GSK5182가 ATC 세포에서 내생의 ERRγ 단백질 수준을 감소시키고, MAP 키나아제 시그널링의 활성화를 이끈다는 것을 본 연구에서 증명하였습니다. 중요하게는, GSK5182의 처리 결과 ATC 세포에서 투여량- 및 시간-의존적 방식으로 증진된 방사성요오드 섭취가 초래되며, GSK5182-유도된 ERK-1/2 활성화 및 방사성요오드 섭취의 증가는 모두 선택적 MEK 저해제인 PD98059에 의해 완전히 저해됨을 밝혔습니다. 또한 GSK5182가 총 NIS 단백질의 수준에 영향을 미치지 않으면서 NIS 세포막 단백질을 증가시킴을 나타내고, 중요하게도 GSK5182에 의하여 조절된 NIS 작용의 증진은 방사성요오드 요법에 대한 ATC 세포의 감수성을 증가시킴을 본 연구에서 밝혔습니다 (그림.1). 본 연구는 방사선요오드 치료에 효능이 없는 미분화 갑상선암의 새로운 치료타겟 (ERRγ 수용체)을 발굴 했다는데 큰 의미가 있다고 볼 수 있습니다. 추후 다른 종류의 갑상선암 (papillary or follicular thyroid cancer)에도 ERRγ 저해제에 의한 방사선요오드 치료효능이 증대되는지에 대한 추가연구가 필요하다고 생각됩니다. 최근 본 DMRC센터 (경북대병원 선도형 당뇨병 및 대사성질환 신약개발연구사업단)와 첨단의료복합단지 신약개발센터와의 공동연구로 개발하고 있는 GSK5182 유도체가 미분화 갑상선암의 NIS기능을 효과적으로 증진 시킬 수 있는지에 대한 후속 연구를 진행하고 있습니다
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