Identifying the role of ornithine decarboxylase1 (ODC1) in breast cancer

Abstract

Ornithine decarboxylase(ODC1)는 폴리아민 생합성에서 푸트레신의 생산 에 관여하는 주요 효소로 핵산 대사, 세포 성장, 분화 및 세포주기에 영 향을 미치는 것으로 알려져있다. 증가 된 ODC1은 발암과 관련이 있으며 침습 및 신생 혈관 생성에 필수적이다. 몇몇 선행연구에서는 ODC1의 감소 가 암 세포의 증식 및 암의 전이를 억제한다고 밝혀져 있지만 유방암 세 포에서 ODC1이 세포 성장, 증식 및 침습을 어떻게 조절하는지에 대한 많 은 연구가 필요하다. 본 연구에서 Pyridoxal phosphate 대신에 ODC1에 결 합함으로써 ODC1의 작용을 억제하는 Difluoromethylornithine (DFMO)의 처리로 유방암 세포 성장, 세포 이동 및 세포 콜로니 형성 능력이 현저히 감소됨을 확인하였다. 또한 실험을 통해 ODC1의 발현감소는 세포사멸을 유도하고 세포주기의 S 단계에서 세포의 축적 결과를 확인하였다. 유방암 세포에서 ODC1의 발현감소는 cleaved PARP, caspase3,9 의 발현을 촉진하 고 미토콘드리아 경로에서 Bcl-2의 발현을 감소시켰다. 따라서 이 연구의 결과는 ODC1을 포함하는 폴리아민 경로가 암 세포주기에서 중요한 역할을 하고 ODC1의 발현을 억제했을 때 세포주기 순환이 막혀 세포사멸이 일어 나 암 세포의 증식 및 전이를 억제함을 제시한다. 이에 ODC1에 대한 연구 가능성을 열었고 앞으로 ODC1이 유방암 치료를 위한 유망한 표적임을 증 명하는 더 많은 연구가 필요하다. Ornithine decarboxylase 1 (ODC1) is a key enzyme involved in the production of putrescine in polyamine biosynthesis. ODC1 affects nucleic acid metabolism, cell growth, cell differentiation, and cell cycle. Increased ODC1 is associated with carcinogenesis, specifically in the invasion and angiogenesis phases. While several publications have suggested that the reduction of ODC1 inhibits cancer cell proliferation and metastasis, the mechanisms of cell growth regulation, proliferation, and invasion in breast cancer cells remain unclear. In this study, we invesigated ODC1 expression levels in breast cancer cells. The ODC1 expression level of SKBR3 was highest among ten breast cancer cell lines. We treated SKBR3 with difluoromethylornithine (DFMO), which binds to ODC1 instead of pyridoxal phosphate to inhibit the action of ODC1. Cells in the treated group showed lower cell viability, cell growth, cell migration, and colony forming ability, compared to the untreated group. Down-regulated expression of ODC1 induced apoptosis and resulted in an accumulation of cells in the S phase of the cell cycle. Knock-down of ODC1 in breast cancer cells promoted the expression of cleaved Poly (ADP-ribose) polymerase, caspase-3, and caspase-9 and decreased expression of Bcl-2 in the mitochondrial pathway. The results of this study suggest that the polyamine pathway, including ODC1, has an important function in the cancer cell cycle, and when the expression of ODC1 is inhibited, cell cycle circulation is blocked, resulting in cell death, which inhibits the proliferation and metastasis of cancer cells. This study establishes the potential of ODC1 as target for the treatment of breast cancer. Further studies are needed to prove that ODC1 is a promising target for the treatment of breast cancer.