실험적으로 유발된 백서 피부종양에서 탄수화물대사 관여 효소에 관한 연구

Abstract

[영문]

[한글]

피부종양을 실험적으로 유도하는 과정에는 initiation과 promotion으로 이루어지는 2단

계 발암과정과 initiator를 지속적으로 도포함으로써 이루어지는 완전 발암과정의 2가지

가 있다. 2단계 발암과정에 의해 유발되는 종양은 대부분 유두종양이고 드물게 편평 상피

세포암이 나타나나 완전 발암과정에 의해 유발되는 종양은 편평 상피 세포암의 빈도가

높다. 동물에서 실험적으로 유도된 간이나 신장세포암에서 탄수화물대사에 관여하는 효소

활성도의 변화가 있음이 밝혀졌다. 즉 포도당이 glycogen으로 합성되지 않고 주로 gluco

se-6-phosphate로 인산화되어 해당이나 오탄당 인산경로를 통해 분해되므로써 암세포 성

장에 필요한 에너지와 핵산합성에 필요한 오탄당과 NADPH를 포도당으로부터 획득한다는

것이 알려졌다.

이에 본 연구자는 완전 발암과정을 이용하여 발암제 도포시부터 피부종양이 발생될 때

까지의 과정에서 탄수화물대사에 관여하는 효소 활성도의 변화를 관찰하여 피부종양의 완

전 발암과정에서 이들 효소의 역할을 규명하고저 본 실험을 시행하였다. 본 실험에서 백

서 피부에 7,12-dimethylbenz(a)anthracene (DMBA)용액을 도포하여 완전 발암과정에 의해

피부종양을 유발하였다. 발암제를 도포하는 동안 3, 7, 11, 17주에 조직을 얻어 동결 건

조 절편으로 만들어 탄수화물 대사에 관여하는 효소 6가지의 활성도와 단백질 및 deoxyri

bonucleic acid (DNA)함량을 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. DMBA도포 10주에 유두종양이 육안적으로 관찰되었으며 17주에 모든 백서에서 유두종

양이 나타났다.

2. 조직학적 변화는 DMBA도포 8주에 이형성(dysplasia)이 나타나기 시작하여 23주에 상

피내암(carcinoma in situ) 및 침윤성 상피암이 관찰되었다.

3. 해당경로의 효소인 hexokinase, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase와 오탄

당 인산경로의 효소인 glucose-6-phosphate dehydrogenase의 활성도는 DMBA도포 7주째부

터 대조군에 비해 의의있게 증가하였다.

4. Citric acid cycle의 효소인 isocitrate dehydrogenase의 활성도는 DMBA도포 3주, 1

7주에서 대조군에 비해 감소되었다.

5. 지방산 합성과 연결되는 효소인 β-hydroxybutyr빗근ok dehydrogenase의 활성도는DM

BA도포군에서 실험기간 동안 중가되어 있었으나 유의한 차이가 없었다.

6. 중성지방인 acylglycerol의 주요한 전구물질인 g1ycero1-3-phosphate를 생성하는 효

소인a-glycerophosphate dehydrogenase의 활성도는 DMBA도포 3주에 가장 많이 증가하여

실험기간 동안 계속 증가되어 있었다.

7. 단백질과 DNA 함량은 실험기간 동안 유의한 차이를 보이지 않았다.

이상의 결과로 보아 탄수화물대사에 관여하는 효소의 활성도는 조직학적 이상소견이 나

타나기 전에 변화하며 이는 종양이 형성되는데 필요한 에너지와 핵산의 전구물질을 공급

하기 위함임을 알 수 있었다.

Changes in the Activities of Enzymes Involved in Carbohydrate Metabolism During

Complete Carcinogenesis on Rat Skin

Eun-So Lee

Department of Medical Science The Graduate School, Yonsei University

(Directed by Professor Jung Bock Lee, M,D.)

Chemical carcinogenesis in the skin is divided into two models, two-stage

carcinogenesis and complete carcinogenesis. Two-stage carcinogenesis can be divided

into at least two defined stages, initiation and promotion. Skin tumors can also be

induced by single applications of a smaller dose of a complete carcinogen, such as

polycyclic hydrocarbon (complete carcinogenesis). One-stage protocols generally

yield do novo carcinomas or persistent papillomas while two-stage protocols yield

mostly papillomas which regress. Experimental animal models have shown that changes

in the activity of enzymes involved in carbohydrate metabolism occur in

hepatocellular carcinoma and renal cell carcinoma. Instead of aerobic respiration,

glucose utilization is shifted to glycolysis, especially the pentose phosphate

pathway whereby energy needed for growth of cancer cells and pentose and NADPH for

nucleic acid formation are generated. The authors have observed the changes in

enzyme activity involved in carbohydrate metabolism occurring in complete

carcinogenesis from the application of carcinogen to tumor formation. In this

experiment, the tumor induction was performed by painting 7, 12-dimethylbenz [a]

anthracene (DMBA) solution on the skin of rats. During the treatment, freeze-dried

tissue specimens were obtained at 3, 7, 11 and 17 weeks, and changes in the

activities of the enzymes involved in carbohydrate metabolism as well as the

protein and deoxyribonucleic arid(DNA) contents were measured.

The results are as follows.

1. After 10 weeks of DMBA treatment, papilloma was grossly observed and all the

rats developed papilloma after 17 weeks of the treatment.

2. Histological changes were noted first after 8 weeks of DMBA treatment when

dysplasia occurred, where as carcinoma in situ and invasive carcinoma were observed

after 23 weeks.

3. The activities of hexokinase and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,

enzymes of glycolytic pathway and glucose-6-phosphate dehydrogenase, an enzyme of

pentose phosphate path-way were significantly increased after 7 weeks treatment

with DMBA as compared to the control.

4. The activity of isocitrate dehydrogenase, an enzyme of citric acid cycle was

slightly decreased in the groups treated with BMBA at 3 weeks and 17 weeks

postapplications compared to the control group.

5. The activity of β-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase related to fatty acid

synthesis was increased during the treatment without statistical significance.

6. The activity of α-glycerophosphate dehydrogenase, an enzyme producing a major

precursor of acylglycerol, was increased during the experment and showed a peak at

3 weeks posttreatment.

7. There were no signifioant differences in protein and DNA contents during the

experiment. Form the above results it is concluded that increase in the

activivities of the enzyme catalyzing carbohydrate degradation proceeds before any

histological changes, and it that such changes might enable the cell to produce

energy and precursors of nucleic acids needed for the tumor formation.