Sensitization of cancer cells to TRAIL by inhibiting protein kinase CK2

Abstract

[한글]

프로테인 카이네이즈 CK2는 ser/thr 프로테인 카이네이즈로 세포주기 조절, 세포 분화 및 성장에 중요한 역할을 하는 효소이다. 본 실험실에서는 6개의 암세포를 이용하여 암세포의 TRAIL저항성에 기전을 밝혔다. 암세포 내 PKCK2의 활성은 procaspase-2의 serine 157부위를 인산화하여 이분체 형성을 억제함으로써 활성형의 caspase-2 생성을 억제함을 확인하였고, caspase-2가 활성화 되었을 때 procaspase-8의 large subunit과 small subunit 사이를 절단됨을 확인하였으며, 이러한 상태의 암세포는 TRAIL매개 세포 사멸 과정이 일어날수 있도록 준비된 상태로 존재하다가 세포 사멸 수용체에 TRAIL이 결합하였을 때 절단된 procaspase-8이 수용체에 모집되면prodomain 과 large subunit 사이가 또다시 절단됨으로써 활성형의 caspase-8이 형성되고 따라서 세포 사멸이 유발된다는 것을 밝혔다. 본 연구에서는 대장, 유방, 간, 위, 자궁, 뇌, 폐, 식도, 멜라닌세포, 혈액으로부터 기원한 31종의 암세포주와 급성 백혈구성 백혈병으로 진단된 환자로부터 채취한 암세포를 이용하여 이전 연구의 결과가 재현성을 가지는 지를 확인하고 TRAIL 저항성의 기전으로서 일반화할 수 있는 지 여부를 확인하고자 하였다. 31개의 암세포주들의 TRAIL 내성을 확인한 결과 6개의 암세포만이 TRAIL에 민감성을 나타내었으며 (19.4%) TRAIL내성을 보이는 모든 암세포주들은 PKCK2의 억제제와 TRAIL 병합처리 시 감작되어 세포사멸이 유발됨을 확인할 수 있었다. 각 암세포주들의 세포 내 PKCK2 활성을 측정한 결과 TRAIL 내성 암세포주들은 PKCK2활성이 높았고 TRAIL 민감성 암세포주들은 낮은 PKCK2 활성을 가짐을 확인할 수 있었다 (P=0.0002). PKCK2의 활성과는 반대로 TRAIL내성 암세포 주들은 caspase-2 활성이 높았으며, TRAIL민감성 암세포주들은 caspase-2활성이 낮다는 것을 확인하였다 (P=0.0002). 또한 일차 혈액암세포를 이용한 실험에서도 TRAIL 민감도가 암세포 내PKCK2의 활성에 따라 결정된다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과는 암세포 내 세포 사멸 관련 물질의 유전적 또는 에피제네틱한 변화가 유발되지 않은 경우 암세포의 TRAIL 내성은 암세포 내 PKCK2활성을 억제함으로써 극복될 수 있으며, 따라서 암세포 내 PKCK2 활성을 조절할 수 있는 약물의 발굴을 통해서 TRAIL내성 암세포의 세포 사멸 유발을 통해 암 치료 효과를 획기적으로 증대시킬 수 있을 것이라고 판단된다.

[영문]Protein Kinase Casein Kinase 2 (PKCK2) is a serine/threonine kinase that is known to play an important role in cell cycle control, cellular differentiation, and proliferation. We revealed a mechanism by which cancer cells acquire a resistance against TRAIL-mediated apoptosis using six human cancer cell lines. We found that PKCK2 phosphorylates procaspase-2 at serine-157, thereby preventing its dimerization and activation. When PKCK2 activity is down-regulated by a specific inhibitor, procaspase-2 is dephosphorylated, dimerized, and activated. The activated caspase-2 then processes procaspase-8 monomers between the large and small subunits, thereby priming cancer cells for TRAIL-mediated apoptosis. To confirm whether this newly discovered mechanism for regulating TRAIL-mediated apoptosis is generally applicable to other cancer cells lines or primary human tumors, we evaluated intracellular PKCK2 activity, procaspase-2 activity and correlated them with TRAIL sensitivity using 31 human cancer cell lines originated from colon, breast, liver, stomach, uterine cervix, brain, lung, esophagus, melanocyte, and blood. Among 31 cancer cell lines, only 6 cancer cell lines were TRAIL-sensitive (19.4%), and all the other TRAIL-resistant cancer cell lines were sensitized to TRAIL by PKCK2 inhibition. PKCK2 activity was high in TRAIL-resistant but low in TRAIL-sensitive cancer cell lines (P=0.0002). Contrary to the PKCK2 activity, caspase2 activity was high in TRAIL-sensitive but low in TRAIL-resistant cancer cell lines (P=0.0002). When we examined TRAIL sensitivity and PKCK2 activity in primary human hematologic malignancy, the results were the same as the results obtained from the cancer cell lines.Taken together, we confirmed here that intracellular PKCK2 activity is a major determinant for TRAIL sensitivity in cancer cells.