Regulatory mechanism of insulin-like growth factor binding protein-3 in non-small cell lung cancer

의과학과/박사[한글] 인슐린 양 성장 인자 (IGF) 결합 단백질-3 (IGFBP-3)은 IGF와 결합하여 IGF의 세포분열촉진 및 항세포고사 기전을 억제할 뿐 아니라 IGF와는 독립적으로 세포고사를 유도함으로써 비소세포성 폐암 세포주의 성장을 억제한다. 이 연구에서는 비소세포성 폐암 세포주를 이용하여 IGFBP-3 promoter 내 CpG islands의 hypermethylation이 IGFBP-3 유전자의 발현에 어떠한 역할을 하는가와 유전자 발현을 억제하는 기전을 연구하였다. 15종의 비소세포성 폐암 세포주 중 7종 (46.7%)에서 IGFBP-3 promoter 내 CpG islands의 hypermethylation이 관찰되었다. 비소세포성 폐암 세포주에서 promoter 내 CpG islands의 methylation 상태는 IGFBP-3 유전자의 단백질 및 mRNA 발현 양상과 잘 일치하였으며, IGFBP-3의 발현이 억제되었던 비소세포성 폐암 세포주들 중 일부에서 demethylating 약제인 5?-aza-2-deoxycytidine (5?-aza-dC) 처리 후 그 발현이 회복되었다. IGFBP-3의 promoter 활성도에 중요한 역할을 하는 Sp-1/Sp-3 결합 요소 부위의 CpG islands는 IGFBP-3 단백질 발현이 억제된 비소세포성 폐암 세포주에서 hypermethylation 되어 있었으며, 이는 Sp-1 전사 인자의 결합을 억제하였다. ChIP assay에서 IGFBP-3 promoter내 CpG islands의 hypermethylation은 Sp-1/Sp-3 결합 요소에 Sp-1, methyl-CpG binding protein-2 (MeCP2), 그리고 histone deacetylase (HDAC)의 결합에 영향을 주었으며, 이는 5?-aza-dC 처리에 의하여 역전되었다. Sp-1/Sp-3 결합 요소를 포함하고 있는 IGFBP-3 promoter의 in vitro methylation은 promoter 활성도를 현저히 감소시켰으며 이는 MeCP2를 동시에 발현시켰을 때 더욱 억제되며 5?-aza-dC 처리 시 회복되었다. 이러한 결과들은 비소세포성 폐암에서 IGFBP-3 promoter의 hypermethylation이 IGFBP-3 발현을 억제하는 하나의 기전이며, HDAC과 MeCP2의 모집이 유도됨으로서 Sp-I의 결합이 억제되고 나아가 IGFBP-3 유전자의 발현이 억제됨을 보이는 것이다. 마지막으로 임상 시험중인 demethylation 약제로서 IGFBP-3의 발현을 유도할 수 있다는 것은 IGFBP-3의 세포의 성장과 고사에 미치는 중요한 역할을 고려해 볼 때 이들이 비소세포성 폐암의 치료에 사용될 수 있음을 시사하는 것으로 생각된다. [영문]Insulin-like growth factor (IGF)?binding protein-3 (IGFBP-3) inhibits the proliferation of non-small cell lung cancer (NSCLC) cells by inducing apoptosis. We investigated whether hypermethylation of CpG islands in IGFBP-3 promoter play an important role in the loss of IGFBP-3 expression and regulatory mechanism that mediate the silencing of IGFBP-3 expression in the NSCLC cell lines. The IGFBP-3 promoter has CpG islands hypermethylation in 7 of 15 (46.7%) NSCLC cell lines. The methylation status correlated with the level of expression of protein and mRNA in NSCLC cell lines and reduced expression of IGFBP-3 was restored by the demethylating agent 5?-aza-2-deoxycytidine (5?-aza-dC) in a subset of NSCLC cell lines. The Sp-1/Sp-3 binding element in the IGFBP-3 promoter, important for promoter activity, was methylated in a subset of NSCLC cell lines and the methylation of this element suppressed the binding of the Sp-1 transcription factor. A ChIP assay showed that the methylation status of the IGFBP-3 promoter influenced the binding of Sp-1, methyl-CpG binding protein-2 (MeCP2), and histone deacetylase (HDAC) to Sp-1/Sp-3 binding element, which were reversed by 5?-aza-dC. In vitro methylation of the IGFBP-3 promoter containing the Sp-1/Sp-3 binding element significantly reduced promoter activity, which was further suppressed by the overexpression of MeCP2 and, however, this reduction in activity was rescued by 5?-aza-dC. These findings indicate that hypermethylation of the IGFBP-3 promoter is one of the possible mechanisms by which IGFBP-3 expression is silenced and MeCP2, with recruitment of HDAC, may play a role in silencing of IGFBP-3 expression. Considering critical biologic activities of IGFBP-3 on cell growth and apoptosis, demethylation agents, which recovered repressed IGFBP-3 expression, could be used as a new therapeutic modality in NSCLC.ope