Protein expression profiles following radiation in a rat cirrhotic model

Abstract

[한글]

간세포암은 전세계적으로, 특히 아시아에서 흔하게 발생하는 암 중의 하나로써, 병의 빠른 진행과 간경변증의 동반과 같은 문제로 인하여 예후가 좋지 않다. 방사선 치료는 간세포암을 위한 여러 치료 방법들 중의 하나로, 초기 간경변증을 동반한 간세포암에서 방사선 치료가 시행되고 있다. 그러나 간경변증을 동반한 간에 방사선 조사로 인하여 간 기능이 악화되는 기전에 대한 체계적인 연구가 미흡한 상황이다.본 연구에서는 Thioacetamide (TAA)로 유도한 랫드 간경변 모델에 방사선을 조사하였을 때 간조직과 혈액에서 공통적으로 발현하는 단백질을 알아보고, 그 기능을 규명하고자 하였다.웅성 Wistar 랫드에 0.3 g/L TAA를 음용수에 희석하여 9주 동안 복용시켜 간경변을 유발하였고, 간경변을 가진 랫드의 일부는 10 Gy의 방사선을 간의 우엽에만 부분 조사하였다. 랫드는 방사선 조사 후 3주까지 관찰하였고, 획득한 간 조직과 혈액은 프로테오믹스 기법을 이용하여 분석하고 확인하였다.조직, 형태학적 분석을 통해 간경변증을 동반한 간에 방사선을 조사하면 간 섬유화가 증가됨을 볼 수 있었다. 간 조직과 혈액의 프로테오믹스 결과, 총 57개의 단백질이 방사선에 의해 발현의 차이를 보였다. 발현된 단백질은 기능별로 구별한 결과 면역반응, 신호변환, 세포사멸, 증식/분화, 대사에 관여하는 단백질로 나타났다. 방사선 조사 후, heparanase precursor는 증가하고 hepatocyte growth factor receptor는 감소하는 양상이 간 조직과 혈액에서 공통적으로 발현되었다. Proliferating cells nuclear antigen (PCNA)의 발현은 방사선 조사 후 감소하였으며, H&E 염색을 통해 관찰한 세포사멸은 방사선 조사 후에 증가하였다.TAA로 유도한 랫드 간경변 모델에서 방사선 조사로 인해 간섬유화와 세포사멸이 증가함을 관찰하였고, 간조직과 혈액 내 단백질의 변화를 확인하였다. 방사선 조사 후에 간 조직과 혈액에서 공통적으로 heparanase precursor가 증가하고 hepatocyte growth factor receptor가 감소되었으며, 이 단백질이 아마도 향후 방사선 치료에 의한 간 손상을 인지하고 치료를 개선할 수 있는 방법 개발에 유용할 것으로 생각된다.

[영문]Hepatocellular carcinoma (HCC) is one of the most common malignancies in Asia as well as worldwide. It has a poor prognosis due to its rapid progression and the complicating liver cirrhosis. Radiation therapy (RT) is one of several treatments for HCC. It has been tried to HCC in mild-to-moderate degree of associated liver cirrhosis. However, information is insufficient on the tolerance of RT in liver cirrhosis. The aim of this study is to assess radiation effect on cirrhotic liver and to identify common proteins in liver tissue and serum following radiation exposure in rats with thioacetamide (TAA)-induced liver cirrhosis.Male Wistar rats were treated with 0.3 g/L TAA in their drinking water for 9 weeks. To determine if radiation was associated with hepatic injury, two experimental groups were examined: TAA-alone and TAA-plus-radiation, with three rats in each group. The livers of the cirrhotic rats were subjected to 10 Gy radiation and the animals were killed 3 weeks later. The development of liver cirrhosis was observed histologically. Proteins from liver tissue and serum were analyzed using two-dimensional electrophoresis and identified using quadrupole time of flight (Q-TOF) mass spectrometry (MS). Identified proteins were validated using Western blotting.Histological examination showed that hepatic fibrosis more increased following radiation in TAA-induced liver cirrhosis. In the proteomic analysis of liver tissue and serum, 57 proteins differed significantly between the TAA-alone and TAA-plus-radiation groups. The identified proteins had functions in the immune response, signal transduction, apoptosis, proliferation/differentiation,and reactive oxygen species metabolism. Common proteins in liver tissue and serum following radiation were the heparanase precursor and the hepatocyte growth factor receptor. Expression of the heparanase precursor increased twofold in the TAA-plus-radiation group compared to the TAA-alonegroup, while the expression of the hepatocyte growth factor receptor decreased twofold in the TAA-plus-radiation group. The expression of proliferating cell nuclear antigen (PCNA) decreased following radiation, just like the hepatocyte growth factor receptor. However, hematoxylin and eosin staining showed that apoptotic cells increased following radiation.In conclusion, radiation induced hepatic fibrosis and apoptosis in TAA-induced liver cirrhosis. The heparanase precursor increased and hepatocyte growth factor receptor decreased both in liver tissue and serum, suggesting that these proteins may be useful in detecting and monitoring radiation-induced hepatic injury.