Radiation-induced Apoptosis is Differentially Modulated by PTK Inhibitors in K562 Cells

K562 백혈병 세포주에서 방사선에 의해 유도되는 Apoptosis에 미치는 PTK Inhibitors의 영향

Purpose :The effect of PTK inhibitors (herbimycin A and genistein) on the induction of radiation-induced apoptosis in Ph-positive KS62 leukemia cell line was investigated. Materials and Methods :K562 cells in exponential growth phase were irradiated with a linear accelerator at room temperature. For 6 MV X-ray irradiation and drug treatment, cultures were initiated at 2×106 cells/mL. The cells were irradiated with 10 Gy. Stock solutions of herbimycin A and genistein were prepared in dimethyl sulphoxide (DMSO). After incubation at 37$^{\circ}C$ for 0$\~$48 h, the extent of apoptosis was determined using agarose gel electrophoresis and TUNEL assay. The progression of cells through the cell cycle after irradiation and drug treatment was also determined with flow cytometry. Western blot analysis was used to monitor bel-2, bel-X$_{L}$ and bax protein levels. Results :Treatment with 10 Gy X-irradiation did not result in the induction of apoptosis. The HMA alone (500 nM) also failed to induce apoptosis. By contrast, incubation of K562 cells with HMA after irradiation resulted in a substantial induction of nuclear condensation and fragmentation by agarose gel electro-phoresis and TUNEL assay. Genistein failed to enhance the ability of X-irradiation to induce DNA fragmentation. Enhancement of apoptosis by HMA was not attributable to downregulation of the bel-2 or bel-X$_{L}$ anti-apoptotic proteins. When the cells were irradiated and maintained with HMA, the percentage of cells in G2/M phase decreased to 30$\~$40$\%$ at 48 h. On the other hand, cells exposed to 10 Gy X-irradiation alone or maintained with genistein did not show marked cell cycle redistribution. Conclusion : We have shown that nanomolar concentrations of the PTK inhibitor HMA synergize with X-irradiation in inducing the apoptosis in Ph (+) K562 leukemia cell line. While, genistein, a PTK inhibitor which is not selective for p210$^{bcr/abl}$ failed to enhance the radiation induced apoptosis in KS62 cells. It is unlikely that the ability of HMA to enhance apoptosis in K562 cells is attributable to bel-2 family. It is plausible that the relationship between cell cycle delays and cell death is essential for drug development based on molecular targeting designed to modify radiation-induced apoptosis.

목적 : 방사선에 의해 유도되는 apoptosis에 내성을 가진 세포로 알려진 KS62 세포를 대상으로, PTK inhibitors인 herbimycin A와 genistein을 이용한 방사선에 의한 apoptosls의 내성 기전을 연구하고자 하였다. 대상 및 방법 : 6 MV 체외 X-선 방사선 치료기를 이용하여 200$\~$300 cGy/min의 선량률로 10 Gy의 X-선을 세포에 균일하게 조사하였다. Apoptosis의 관찰은 래arose gel electrophoresis를 이용하여 DNA frgmentation의 지표인 ladder를 관찰하였고, TUNEL 염색을 이용하여 정량 분석을 시행하였다. Western blot 방법으로 apoptosls 관련 유전 단백인 bel-2, bel-X$_L$ 및 bax들의 발현을 관찰하였다. 방사선 조사 및 약물 처치 후의 세포 주기 분석은 flow cytometry로 분석하였다. 결과 : Agarose gel electrophoresis 실험에서 방사선을 조사하지 않은 K562 세포와 방사선을 10 Gy 조사한 세포를 48시간에 걸쳐 12시간 간격으로 관찰하였을 때 DNA fragmentation를 관찰할 수 있었다. 이러한 현상은 genistein을 투여한 세포들에서도 동일한 현상을 관찰할 수 있었지만, 방사선 조사 후 herbimycin A를 투여한 세포들에서는 48 시간째 확연한 DNA fragmentation을 관찰할 수 있었다. 이를 TUNEL assay에서 정량적으로 확인하였다. 방사선만조사한 세포들과 방사선과 genistein 투여 후 48시간째 관찰한 세포들에서는 10$\%$, 미만의 apoptosis 양성 세포의 빈도를 관찰할 수 있었지만, 방사선 조사 후 herbimycin A를 투여한 세포들에서는 30$\~$35$\%$ 빈도로 apoptosis 양성 세포들이 관찰되었다. Western blot analysis에서 bcl-2의 경우 방사선을 조사하지 않았던 대조군에 비하여 전체적인 발현은 증가되었지만 방사선 및 약제간의 발현의 차이는 없었다. 그 외 bcl-X$_{L}$과 bax는 대조군에 비해 방사선 및 약제간의 발현의 차이를 관찰할 수 없었다. KS62 세포에 방사선을 10 Gy 조사하였을 때 나타나는 세포 주기의 변화는 시간이 경과함에 따라 전형적인 G2/M block의 소견을 보였다. 이러한 소견은 genistein을 투여했을 경우에는 특별한 변화를 보이지 않지만, herbimycin A를 투여했을 경우에는 12시간째부터 G2/M block이 소실되면서 세포가 세포 주기를 재 순환하는 양상을 보였고, 48시간째 관찰한 소견에서는 G2/M block이 거의 소실된 양상을 띠었다. 이러한 소견을 토대로 apoptosis 유도와의 상호 연관성을 유추할 수 있었다. 결론 : herbimycin A는 방사선에 의해 유도되는 apoptosis가 억제된 K562 세포에서 apoptosis를 유도할 수 있었다. 이러한 유도 기전에 apoptosis 관련 유전 단백들인 bcl-2, bcl-X$_{L}$ 및 bax와 관련된 영향은 관찰되지 않았다. 세포 주기의 분석에서 G2/M block의 해소와 apoptosis 유도와의 연관성을 유추할 때, 세포 주기 관련 인자들에 대한 연구가 방사선에 의한 apoptosis의 내성의 극복 및 방사선에 의한 세포의 감수성 조절 약제로서의 역할에 이바지할 것으로 생각한다.