Abstract
Background: DNA methylation is one of the important gene expression mechanisms of the cell. When cytosine of CpG dinucleotide in promotor is hypomethylated, expression of some genes that is controlled by this promoter is altered. In this study, the author investigated the effect of DNA demethylating agent, 5-aza-2'-deoxycytidine (ADC), on the expressions of cancer antigen genes, MHC and B7 in 4 lung cancer cell lines, NCIH1703, NCIH522, MRC-5, and A549. Material and Method: After treatment of cell lines, NCIH1703, NCIH522, MRC-5 and A549 with ADC (1 uM) for 48 hours, RT-PCR was performed by using the primers of MAGE, GAGE, NY-ESO-1, PSMA, CEA, and SCC antigen gene. In order to find the optimal ADC treatment condition for induction of cancer antigen, we studied the effect of ADC treatment time and dose on the cancer antigen gene expression. To know the effect of ADC on the expression of MHC or B7 and cell growth, cells were treated with 1 uM of ADC for 72 hours for FACS analysis or cells were treated with 0.2, 1 or 5 uM of ADC for 96 hours for cell counting. Result: After treatment of ADC (1 uM) for 48 hours, the expressions of MAGE, GAGE, NY-ESO-1, and PSMA genes increased in some cell lines. Among 6 MAGE isotypes tested, and gene expression of MAGE-1, -2, -3, -4 and -6 could be induced by ADC treatment. However, CEA gene expression did not change and SCC gene expression was decreased by ADC treatment. Gene expression was generally induced 24 - 28 hours after ADC treatment and expression of MAGE, GAGE, and NY-ESO-1 was maintained at least 14 days after ADC ADC teatment, and expression of MAGE, GAGE, and NY-ESO-1 was maintained at least 14 days after ADC teatment in ADC-Free medium. Most gene expression could be induced at 0.2 uM of ADC, but gene expression increased dependently on ADC treatment dose. The expression of MHC and B7 was not increased by ADC treatment in all four cell lines, and the growth rate of 4 cell lines decreased significantly with the increase of ADC concentrations. Conclusion: Treatment of lung cancer cell lines with ADC increases the gene expression MAGE, GAGE and NY-ESO-1 that are capable of induction of cytotoxic T lymphocyte response. We suggest that treatment with 1 uM of ADC for 48 hours and then culturing in ADC-free medium is optimal condition for induction of cancer antigen. However, ADC has no effect on MHC and B7 induction, additional modification for increase of expression of MHC, B7 and cytokine will be needed for production of efficient cancer cell vaccine.
배경: DNA 메칠화란 유전자의 Promoter에 있는 CpG dinucleotide의 cytosine기에 메칠기가 붙는 현상을 말한다. CpG dinucleotide에 과메틸화가 일어나면 일부 유전자의 발현이 감소되며, 그 반대로 CpG dinucleotide의 메칠화가 억제되면 유전자 발현이 증가된다. DNA 메칠화 억제제인 5-aza-2'- deoxycytidine (ADC)을 폐암세포에 처치했을 때 암항원 유전자의 발현 유무와 이를 위한 최적 조건을 조사하고, 아울러 MHC와 B7의 발현과 세포 성장에 미치는 영향을 조사하여 암치료 백신에 ADC를 임상적으로 이용할 수 있는 지를 연구하였다. 대상 및 방법: 4개의 사람 폐암세포주 (NCIH1703, NCIH522, MRC-5 및 A549)에 ADC를 1 uM 농도로 처치한 후 48시간 뒤에 MAGE family, GAGE, NY-ESO-1, PSMA, CEA 및 SCC항원 유전자에 대한 RT-PCR을 실시하였고, 폐암세포에서 암항원의 발현을 증가시키는 최적의 ADC처치 조건을 규명하기 위하여 ADC농도와 처치 시간을 다양하게 하여 암세포를 자극한 후 암항원 유전자 발현성을 분석하였다. 또한 ADC 처리가 폐암 세포주의 MHC와 B7 발현을 증가시키는 가를 알아보기 위해 1 uM 농도의 ADC를 72시간 처치한 후 FACS 분석을 실시하였고, ADC가 세포성장에 미치는 영향을 알아보기 위하여, ADC를 0.2, 1 및 5 uM 농도로 96시간 처치 후 세포수를 측정하여 상대성장지수를 조사하였다. 결과: 세포주에 따라 차이는 있으나 MAGE, GAGE, NY-ESO-1 및 PSMA의 발현이 유도되었으며, MAGE아형 중에는 MAGE-1, -2, -3, -4, -6으로 나타났다. 그러나 비암항원인 CEA발현은 변화가 없었으며 SCC항원 유전자의 발현은 오히려 ADC처치에 의해 감소되었다. ADC 처치 후 24∼48 시간이 지난 뒤부터 암항원 유전자의 발현이 증가하였으며 ADC처리에 의해 유도된 유전자의 발현성은 ABC처치 후 최소 14일까지 유지되었다. 또 ADC를 0.2, 1, 5 uN 농도로 첨가하여 48시간 배양한 후 암항원 유전자 발현성을 측정한 결과 세포주에 따라 다소 차이는 있으나 대개 0.2 uM농도에서도 유전자 발현이 유도되었으며 1, 5 uM농도에서 매우 강하게 유도되었다. ADC 처리가 페암세포주의 MHC와 B7 발현을 증가시키는가를 알아보기 위해 1 uM 농도의 ADC를 72시간 처치한 후 FACS 분석을 실시한 결과 4개의 페암세포주에서 MHC 및 B7분자의 발현은 유도되지 않았다. 또 ADC농도가 세포성장에 미치는 영향을 알아보기 위하여 ADC를 0.2, 1, 5 uM농도로 96시간 처치 후 세포수를 측정하여 상대성장지수를 알아본 결과 ADC 처치 농도가 증가함에 따라 세포의 성장은 매우 감소하였다. 결론: 폐암세포주에서 ADC처치는 MAGE, GAGE 및 NY-ESO-1과 같은 세포독성 T 림프구 반응을 유도할 수 있는 암항원의 발현을 증가시킬 수 있으며, ADC의 세포독성과 항원 발현 유발시간을 분석할 때 1 uM 농도에서 48시간 처치한 후 ADC가 없는 배지에서 수일간 배양하는 것이 가장 효과적이라고 생각된다. 그러나, ADC를 처치하여도 MHC 및 B7의 발현의 변화는 없었으므로 ADC를 처치한 폐암세포를 암백신으로 사용하기 위해서는 MHC나 B7 및 cytokine의 발현을 증가시키는 추가적인 처치가 필요하다고 생각된다.