• BMB Reports
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• 제36권1호
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• pp.120-127
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• 2003

The formation of new blood vessels, angiogenesis, is an essential process during development and disease. Angiogenesis is well known as a crucial step in tumor growth and progression. Angiogenesis is induced by hypoxic conditions and regulated by the hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1). The expression of HIF-1 correlates with hypoxia-induced angiogenesis as a result of the induction of the major HIF-1 target gene, vascular endothelial cell growth factor (VEGF). In this review, a brief overview of the mechanism of angiogenesis is discussed, focusing on the regulatory processes of the HIF-1 transcription factor. HIF-1 consists of a constitutively expressed HIF-1 beta(HIF-1β) subunit and an oxygen-regulated HIF-1 alpha(HIF-1α) subunit. The stability and activity of HIF-1α are regulated by the interaction with various proteins, such as pVHL, p53, and p300/CBP as well as by post-translational modifications, hydroxylation, acetylation, and phosphorylation. It was recently reported that HIF-1α binds a co-activator of the AP-1 transciption factor, Jab-1, which inhibits the p53-dependent degradation of HIF-1 and enhances the transcriptional activity of HIF-1 and the subsequent VEGF expression under hypoxic conditions. ARD1 acetylates HIF-1α and stimulates pVHL-mediated ubiquitination of HIF-1α. With a growing knowledge of the molecular mechanisms in this field, novel strategies to prevent tumor angiogenesis can be developed, and form these, new anticancer therapies may arise.

• BMB Reports
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• 제56권4호
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• pp.252-257
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• 2023

The hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α) is a key regulator of hypoxic stress under physiological and pathological conditions. HIF-1α protein stability is tightly regulated by the ubiquitin-proteasome system (UPS) and autophagy in normoxia, hypoxia, and the tumor environment to mediate the hypoxic response. However, the mechanisms of how the UPS and autophagy interplay for HIF-1α proteostasis remain unclear. Here, we found a HIF-1α species propionylated at lysine (K) 709 by p300/CREB binding protein (CBP). HIF-1α stability and the choice of degradation pathway were affected by HIF-1α propionylation. K709-propionylation prevented HIF-1α from degradation through the UPS, while activated chaperon-mediated autophagy (CMA) induced the degradation of propionylated and nonpropionylated HIF-1α. CMA contributed to HIF-1α degradation in both normoxia and hypoxia. Furthermore, the pan-cancer analysis showed that CMA had a significant positive correlation with the hypoxic signatures, whereas SIRT1, responsible for K709-depropionylation correlated negatively with them. Altogether, our results revealed a novel mechanism of HIF-1α distribution into two different degradation pathways.

• Journal of Chest Surgery
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• 제39권11호
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• pp.828-837
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• 2006

배경: 악성종양에서 신생혈관 생성 및 당분해의 증가는 저산소 상태의 미세환경을 나타내며, 이는 종양의 침습성, 전이 및 환자의 예후와 관련이 있는 것으로 알려져 있다. Hypoxia-inducible factor 1(HIF-1)는 당원 수송체, 당분해 효소, 혈관내피세포 성장인자 등의 유전자의 전사를 활성화한다고 알려져 있다. 그리고 HIF-1의 전사 활성도는 HIF-$1{\alpha}$ 아단위의 표현이 조절되는 정도에 의존한다. 비소세포 폐암에서 HIF-$1{\alpha}$의 발현이 혈관 생성능, 종양세포 증식능 및 이상형 p53의 축적 등 종양의 생물학적 특성에 미치는 영향과 환자의 수술 후 예후와의 관계를 규명하고자 한다. 대상 및 방법: 1997년부터 1999년까지 비소세포 폐암으로 진단받고 전폐절제술 혹은 폐엽절제술을 시행 받은 59명의 폐암 환자들에서 얻어진 파라핀 조직 블록을 대상으로 하였다. ABC(avidin-biotin complex) 방법에 기초한 면역조직화학검사를 이용하여 암조직과 정상조직에서 HIF-$1{\alpha}$, VEGF(vascular endothelial growth factor), p53 단백의 발현을 조사하고, Ki-67의 발현을 이용한 증식지수를 측정하였다. HIF-$1{\alpha}$ 발현과 환자의 생존기간을 포함한 임상적-병리학적 변수들과의 상관관계, VEGF, p53의 발현과 증식지수와의 상관관계를 분석하였다. 결과: HIF-$1{\alpha}$의 과발현은 40.7%(24예/59예)였다. HIF-$1{\alpha}$의 과발현은 병리학적 TNM병기(p=0.004), T병기(p=0.020), N병기(p=0.004), 림프관/혈관 침범(p=0.019) 등과 관련이 있었다. 또 혈관내피세포 성장인자의 발현(p<0.001) 및 이상형의 p53의 발현(p=0.040)과 관련성이 있었다. Kaplan-Meier 생존분석에서 HIF-$1{\alpha}$의 과발현이 있는 환자의 5년 생존울은 22%로 HIF-$1{\alpha}$의 저발현 환자의 5년 생존율 61%에 비해 불량한 생존율을 보였고, 단변량분석과 다변량분석에서 HIF-$1{\alpha}$의 발현은 불량한 예후를 나타내는 인자로 관찰되었다. 결론: 이상의 결과로 비소세포 폐암 환자에서 HIF-$1{\alpha}$의 과발현은 종양내 신생혈관의 생성과 림프절 전이와 관련이 있는 표지자로 여겨지며, 수술 후 불량한 예후를 나타내었다.

• 한국융합학회논문지
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• 제13권1호
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• pp.161-166
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• 2022

HIF-2α는 저산소 조건에서 활성화되는 전사인자로 암, 대사증후군, 관절염, 간염 등의 발병 기전에서 핵심 역할을 한다고 보고된 바 있다. 이에 HIF-2α 저해제를 도출하고자 기존 약리활성 구조를 도입한 N'-arylisonicotinolyhydrazide를 골격으로 설정하고 화합물 라이브러리로부터 해당 화합물들을 선택하여 HIF-2α 저해활성을 측정하였다. 이를 위해 HRE-luciferase를 HTB-94세포에 transfection하고 아데노바이러스를 이용하여 HIF-2α를 세포 내로 도입하여 luciferase reporter gene assay를 수행하였다. 2-hydroxy-1-naphthyl 기를 포함한 화합물에서 저해활성이 발견됨에 따라 이 구조를 포함하는 골격을 다시 설정하고 해당 화합물들을 선정하여 활성을 측정하였다. 그 결과 HIF-2α 저해활성과 위양성 시험을 통하여 2 종의 HIF-2α 저해제를 도출하였다. 본 연구는 생물학과 화학의 융합연구로 수행되었으며 도출된 저해제는 후속 저해제 탐색 연구와 HIF-2α의 기능 연구에 활용될 수 있고 관련 질환의 치료제 개발에도 기여 할 것으로 사료된다.

• Journal of Chest Surgery
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• 제37권8호
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• pp.691-701
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• 2004

배경: 악성종양에서 신생혈관 생성 및 당분해의 증가는 저산소 상태의 미세환경을 나타내며, 이는 종양의 침습성, 전이 등으로 환자의 예후와 관련이 있는 것으로 알려져 있다. Hypoxia-inducible factor 1(HIF-1)는 당원 수송체, 당분해 효소, 혈관내피세포 성장인자 등의 유전자의 전사를 활성화한다고 알려져 있다. 그리고 HIF-1의 전사 활성도는 HIF-1 a subunit의 표현이 조절되는 정도에 의존한다. 그러나 식도암에서 HIF-1의 발현과 혈관 생성능 및 종양세포 증식능과의 관계 및 예후에 관한 연구는 전무하다. 대상 및 방법: 고신대학교 의과대학 흉부외과학교실에서 1995년부터 2000년까지 수술치험한 77예의 식도 편평세포암 환자의 조직에서 채취한 정상 편평상피와 암조직에서 면역조직화학검사를 이용하여 HIF-1 a의 발현을 조사하고 혈관생성인자, 증식지수, p53 단백과의 상관관계, 임상-병리학적인 인자 및 생존율과의 상관관계를 분석하였다. 결과: HIF-1 a의 고발현율은 42.9% (33예/77예)였다. HIF-1 a의 고발현은 조직학적 등급(p=0.032), 병리학적 병기(p=0.002), 종양 침윤의 깊이(p=0.022), 주위 림프절 전이(p=0.002), 원격전이(p=0.049), 림프관 침윤(p=0.004)과 관련이 있었다. HIF-1 a의 고발현은 혈관내피세포 성장인자의 발현, Ki-67 증식지수와 관련이 있었으나, 미세혈관수와는 관련이 없었고, p53의 발현과는 관련이 있는 경향을 보였다. 단변량분석과 다변량분석에서 HIF-1 a의 고발현은 불량한 예후를 나타내는 인자로 보였다. 결론: 식도 편평세포암 조직에서 HIF-1 a의 발현은 종양조직내 신생혈관의 생성과 관련이 있는 것으로 나타났고, 고발현 된 경우는 림프절 전이와 수술 후 불량한 예후를 나타내었으므로 보다 강화된 치료전략이 필요할 것으로 사료된다.

• BMB Reports
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• 제49권5호
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• pp.245-246
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• 2016

The level and activity of critical regulatory proteins in cells are tightly controlled by several tiers of post-translational modifications. HIF-1α is maintained at low levels under normoxia conditions by the collaboration between PHD proteins and the VHL-containing E3 ubiquitin ligase complex. We recently identified a new physiologically relevant mechanism that regulates HIF-1α stability in the nucleus in response to cellular oxygen levels. This mechanism is based on the collaboration between the SET7/9 methyltransferase and the LSD1 demethylase. SET7/9 adds a methyl group to HIF-1α, which triggers degradation of the protein by the ubiquitin-proteasome system, whereas LSD1 removes the methyl group, leading to stabilization of HIF-1α under hypoxia conditions. In cells from knock-in mice with a mutation preventing HIF-1α methylation (Hif1α^KA/KA), HIF-1α levels were increased in both normoxic and hypoxic conditions. Hif1α^KA/KA knock-in mice displayed increased hematological parameters, such as red blood cell count and hemoglobin concentration. They also displayed pathological phenotypes; retinal and tumor-associated angiogenesis as well as tumor growth were increased in Hif1α^KA/KA knock-in mice. Certain human cancer cells exhibit mutations that cause defects in HIF-1α methylation. In summary, this newly identified methylation-based regulation of HIF-1α stability constitutes another layer of regulation that is independent of previously identified mechanisms.

• The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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• 제14권5호
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• pp.331-336
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• 2010

In rapidly growing tumors, hypoxia commonly develops due to the imbalance between $O_2$ consumption and supply. Hypoxia Inducible Factor (HIF)-$1{\alpha}$ is a transcription factor responsible for tumor growth and angiogenesis in the hypoxic microenvironment; thus, its inhibition is regarded as a promising strategy for cancer therapy. Given that CamKII or PARP inhibitors are emerging anticancer agents, we investigated if they have the potential to be developed as new HIF-$1{\alpha}$-targeting drugs. When treating various cancer cells with the inhibitors, we found that a CamKII inhibitor, KN-62, effectively suppressed HIF-$1{\alpha}$ specifically in hepatoma cells. To examine the effect of KN-62 on HIF-$1{\alpha}$-driven gene expression, we analyzed the EPO-enhancer reporter activity and mRNA levels of HIF-$1{\alpha}$ downstream genes, such as EPO, LOX and CA9. Both the reporter activity and the mRNA expression were repressed by KN-62. We also found that KN-62 suppressed HIF-$1{\alpha}$ by impairing synthesis of HIF-$1{\alpha}$ protein. Based on these results, we propose that KN-62 is a candidate as a HIF-$1{\alpha}$-targeting anticancer agent.

• Radiation Oncology Journal
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• 제22권3호
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• pp.217-224
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• 2004

목적: 저산소증은 방사선 감수성을 현저히 감소시키며, 이에 대한 적응 반응에서 hypoxia-inducible factor 1 $\alpha$(HIF-1 u$\alpha$가 중요한 역할을 하고 있다. HIF-1 $\alpha$의 발현과 방사선 감수성과의 상관 관계를 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: 쥐의 간암 세포주인 hepalclc7 세포와 HIF-1 $\beta$가 결손되어 HIF-1 $\alpha$의 기능이 억제된 hepaIC4 세포를 사용했다 저산소 유사 물질인 desferrioxamine (DFX)을 전처치하고 6시간 뒤에 방사선조사를 하여 western blot으로 HIF-1 $\alpha$ 발현을 조사하였다. Apoptosis는 DNA 분절화, propidium iodide 핵염색, 그리고 apoptotic cell death detection ELISA kit를 이용하였다. MTT assay법으로 방사선 감수성을 측정하고 SF2$_{2}$ SF$_{8}$, 그리고 mean inactivation dose (MID)를 산출하여 통계적 분석을 하였다. 결과: Hepalclc7 세포에서는 DFX 전처치를 한 경우 방사선에 의해 HIF-1 $\alpha$의 발현이 증가했으나, hepalC4 세포 주에서는 변화가 없었다 Hepa1C4 세포의 방사선 감수성은 DFX처리에 따른 영향이 없었으나 hepalclc7 세포의 방사선 감수성은 DFX를 전처치했을 때 유의하게 감소하였다. 결론: 저산소 유사 물질인 DFX에 의해 유도된 HIF-1 $\alpha$가 쥐의 간암 세포주에서 apoptosis와 방사선 감수성을 감소시켰다 이러한 결과는 종괴내의 저산소 세포에서 방사선에 의해 HIF-1 $\alpha$가 유도되고 이로 인해 저산소 세포에서 방사선 감수성을 저하시키는 것으로 생각되었다.

• Molecules and Cells
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• 제27권2호
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• pp.243-250
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• 2009

Recent studies suggest a novel role of $HIF-1{\alpha}$ under nonhypoxic conditions, including antibacterial and antiviral innate immune responses. However, the identity of the pathogen-associated molecular pattern which triggers $HIF-1{\alpha}$ activation during the antiviral response remains to be identified. Here, we demonstrate that cellular administration of double-stranded nucleic acids, the molecular mimics of viral genomes, results in the induction of $HIF-1{\alpha}$ protein level as well as the increase in $HIF-1{\alpha}$ target gene expression. Whole-genome DNA microarray analysis revealed that double-stranded nucleic acid treatment triggers induction of a number of hypoxia-inducible genes, and induction of these genes are compromised upon siRNA-mediated $HIF-1{\alpha}$ knock-down. Interestingly, $HIF-1{\alpha}$ knock-down also resulted in down-regulation of a number of genes involved in antiviral innate immune responses. Our study demonstrates that $HIF-1{\alpha}$ activation upon nucleic acid-triggered antiviral innate immune responses plays an important role in regulation of genes involved in not only hypoxic response, but also immune response.

• The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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• 제28권1호
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• pp.83-91
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• 2024

Hypoxia-inducible factor-1 alpha (HIF-1α) is a transcription factor activated under hypoxic conditions, and it plays a crucial role in cellular stress regulation. While HIF-1α activity is essential in normal tissues, its presence in the tumor microenvironment represents a significant risk factor as it can induce angiogenesis and confer resistance to anti-cancer drugs, thereby contributing to poor prognoses. Typically, HIF-1α undergoes rapid degradation in normoxic conditions via oxygen-dependent degradation mechanisms. However, certain cancer cells can express HIF-1α even under normoxia. In this study, we observed an inclination toward increased normoxic HIF-1α expression in cancer cell lines exhibiting increased HDAC6 expression, which prompted the hypothesis that HDAC6 may modulate HIF-1α stability in normoxic conditions. To prove this hypothesis, several cancer cells with relatively higher HIF-1α levels under normoxic conditions were treated with ACY-241, a selective HDAC6 inhibitor, and small interfering RNAs for HDAC6 knockdown. Our data revealed a significant reduction in HIF-1α expression upon HDAC6 inhibition. Moreover, the downregulation of HIF-1α under normoxic conditions decreased zinc finger E-box-binding homeobox 1 expression and increased E-cadherin levels in lung cancer H1975 cells, consequently suppressing cell invasion and migration. ACY-241 treatment also demonstrated an inhibitory effect on cell invasion and migration by reducing HIF-1α level. This study confirms that HDAC6 knockdown and ACY-241 treatment effectively decrease HIF-1α expression under normoxia, thereby suppressing the epithelial-mesenchymal transition. These findings highlight the potential of selective HDAC6 inhibition as an innovative therapeutic strategy for lung cancer.