1-β-D-Arabinofuranosyl-cytosine Induces Chromosomal Breaks in vitro

In vitro에서 1-β-D-arabinofuranosyl-cytosine의 염색체 파열 유도

Purpose : Fragile sites are points on chromosomes which tend to break non-randomly when exposed to specific chemical agents or conditions of tissue culture. The chromosomal break induced by the antineoplastic drug, 1-${\beta}$-D-arabinofuranosyl-cytosine(Ara-c), was investigated to study the laboratory conditions in which the incidence of chromosomal break could be enhanced. Besides, the fragile sites induced by Ara-C were investigated and compared to the already known locations of the specific chromosomal alterations observed in specific neoplasms. Methods : T-lymphocytes from theree normal males and three females were cultured for 48 hours. Cells from each individual were exposed to the Ara-C for an additional 24 hours. After the caffeine was added during the last six hours culture, the metaphase chromosomes were prepared following the conventional method. A site was considered fragile if it was found to break two or more per 100 chromosomal breaks in more than four of six individuals tested. Results : Ara-C induced 252.1 chromosomal breaks per 100 mitotic cells and this result was significantly higher than that of the control, which induced 25.2 breaks(P<0.05). The incidence of the chromosomal break by Ara-C was higher, if cultured in the MEM-FA, which has no folic acid, than in the RPMI 1640 which contains enough folic acid(P<0.05). The most common break site by Ara-C was 3p14.2(FRA3B). There were 20 fragile sites induced by Ara-C. Among these 20 fragile sites, seven coincided with the locations of the mapped oncogenes, JUN, SKI, REL, N-MYC, FHIT, MET, ETS-1, and FOS. Conclusion : S phase specific chemotherapeutic agent, Ara-C, induced the expression of the chromosomal fragile sites effectively using the T-lymphocyte in vitro. Some of the fragile sites by Ara-C highly coincided with the oncogenes and neoplasm specific chromosome breakpoints. In this regard, the fragile sites reported here could provide the unknown neoplasm related chromosomal alternation points.

목 적 : 염색체 취약부위는 세포를 특정의 화학물질에 노출시키거나 특수한 배양조건에서 배양 할 때 쉽게 파열되는 염색체상의 특정구역이다. 취약부위는 유전성질환 및 악성종양과 관련이 있으며, 현재에는 분자생물학적 실험기법의 개발로 분자수준에서 이해가 되고 있다. 새로운 취약부위 및 취약부위의 발현을 높이거나 쉽게 관찰할 수 있는 실험실적 조건을 알아보기 위하여 항암제로 사용되는 Ara-C를 이용하여 염색체파열을 조사하여 보았다. 한편 염색체 취약부위가 종양형성과 관련이 있다는 사실에 기초하여 Ara-C에 의해 발열되는 취약부위와 암유전자가 위치하는 부위 및 종양에서 일정하게 염색체변이가 관찰되는 특정의 염색체 부위와의 상관관계도 알아보고자 하였다. 방 법 : 정상 성인 남녀 각각 3명의 말초혈액 내 T-림프구를 세포배양 후 Ara-C를 첨가하고 다시 caffeine을 처리한 뒤 종전에 시행했던 방법과 동일하게 검체 처리하여 염색체파열 부위를 관찰하였다. 염색체 취약부위는 염색체상의 일정부위에서 100개의 염색체파열 당 2회 이상의 염색체파열이 6명 중 4명 이상에서 관찰되는 경우로 정의하였다. 결 과 : 1) T-림프구를 엽산이 부족한 MEN-FA 배지에서 배양 시 Ara-C는 100개의 분열세포 당 252.1개의 염색체파열을 유도하였으며, Ara-C를 처리하지 않은 대조군에서 25.2개가 관찰되어 Ara-C를 처리한 경우에 염색체파열이 의미 있게 많았다(P<0.05). 2) Ara-C에 의한 염색체파열은 엽산이 부족한 MEM-FA 배지에서 엽산이 충분한 RPMI 1640 배지에서 보다 많이 되었다(P<0.05). 한편, 2.0 mM 농도의 caffeine은 엽산만 부족한 배양 배지에서는 염색체파열을 상승시키지 못했으나, Ara-C와 병행사용 시 상승시켰다. 3) Ara-C에 의해 가장 많이 파열된 부위는 3p14.2.이었으며, 발현된 취약부위는 20부위였다. 4) 발현된 취약부위 중 7 부위는 JUN, SKI, REL, N-MYC, FHIT, MET, ETS-1, FOS의 암유전자가 위치하는 부위와 일치하였으며, 15부위는 급성림프구성백혈병, 급성골수성백혈병, 만성림프구성백혈병, 골수이형성성증, 악성흑색종, 신경모세포종, 소세포성폐암, 난소암, 유전성 신장암, 혼합성 지방육종시 염색체상에 이상이 있는 부위와 일치하였다. 결 론 : S기 특이성 항암제인 Ara-C는 정상성인의 T-림프구를 엽산이 부족한 MEM-FA배지에서 배양시 염색체 파열을 대조군에 비해 의미 있게 유도하였다. 한편으로 Ara-C 특이성 염색체 취약부위는 암유전자가 위치하는 부위 및 특정 종양에서 관찰되는 특이한 염색체변이가 있는 부위와 상당 예에서 일치하여 아직 알려지지 않은 암유전자를 찾거나 분석하는데 기초적인 자료를 제공할 뿐 아니라 염색체변화와 종양형성과정의 상관관계를 이해하는데 도움이 될 것으로 사료된다.