KR20160145897A - Biomarker composition for diagnosing cancer with mitochondrial dysfunction comprising NUPR1 and method for diagnosing cancer using the same marker - Google Patents
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Abstract
본 발명은 NUPR1을 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단용 바이오마커 조성물 및 이를 이용한 암 진단 방법에 대한 것으로, 상세하게는 NUPR1 유전자 또는 상기 유전자가 코딩하는 단백질을 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단용 바이오마커 조성물, 이를 이용한 암 진단 키트 및 암 진단 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 NUPR1 단백질 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 예방 또는 치료용 약학조성물 및 상기 NUPR1 단백질을 이용한 미토콘드리아 기능 저하된 암 치료제 스크리닝 방법을 제공한다. 따라서, 본 발명의 NUPR1 유전자 또는 NUPR1 단백질은 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단 및 치료에 유용하게 활용될 수 있다.The present invention relates to a biomarker composition for diagnosing malignancy-deficient cancer comprising NUPR1 and a method for diagnosing cancer using the same, and more particularly, to a biomarker composition for diagnosing malignancy of cancer, which comprises a NUPR1 gene or a protein encoded by the gene, A cancer diagnosis kit using the same, and a cancer diagnosis method. In addition, the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer that has undergone mitochondrial function comprising an NUPR1 protein expression or activity inhibitor as an active ingredient, and a method for screening a cancer treating agent having a reduced function of mitochondria using the NUPR1 protein. Therefore, the NUPR1 gene or the NUPR1 protein of the present invention can be usefully used for diagnosing and treating cancer that has undergone mitochondrial function.
Description
본 발명은 NUPR1을 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단용 바이오마커 조성물 및 이를 이용한 암 진단 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biomarker composition for diagnosing malignant mitochondrial cancer including NUPR1 and a method of diagnosing cancer using the same.
미토콘드리아는 세포가 필요로 하는 에너지 생성을 관장하는 세포 내 소기관이다. 정상세포는 산소가 존재하는 환경에서는 미토콘드리아의 산화적 인산화 과정을 통해 에너지를 생성하고, 산소가 존재하지 않는 경우 해당과정만을 이용해 에너지를 생성한다. 그러나 많은 암세포의 경우, 미토콘드리아의 ATP 생성능력이 저하되어 있는 것이 관찰되어 있고, 산소의 존재 유무와 상관없이 해당과정에 의존적으로 ATP를 합성한다. 이와 같이 암세포에서 관찰되는 미토콘드리아 기능의 저하가 어떠한 기전에 의해 나타나며, 암세포의 증식능력과 전이활성(invasion)에 어떻게 연관되어 있는지에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 최근 몇몇 연구들에서 유방암, 위암 또는 간암을 포함한 여러 암 형태에서 미토콘드리아 기능 저하가 암의 전이를 촉진한다고 보고하였다. 즉, 미토콘드리아 결핍은 암의 진행에 있어 중요한 역할을 한다는 것은 밝혀졌다. 따라서, 암의 진행에 있어 미토콘드리아 결핍이 담당하는 주요 조절 기작을 밝히는 것은 매우 중요하다. Mitochondria are intracellular organelles that regulate the energy production required by cells. Normal cells produce energy through oxidative phosphorylation of mitochondria in the presence of oxygen, and produce energy using only the corresponding process when oxygen is not present. However, in many cancer cells, it has been observed that mitochondrial ATP production is degraded, and ATP is synthesized depending on the process regardless of the presence or absence of oxygen. Thus, there is insufficient study on how the degradation of mitochondrial function observed in cancer cells is due to what mechanism, and how it is related to the proliferative capacity and invasion of cancer cells. Several recent studies have reported that mitochondrial dysfunction promotes cancer metastasis in several cancer types, including breast, stomach, or liver cancer. In other words, it has been shown that mitochondrial deficiency plays an important role in cancer progression. Therefore, it is important to identify the major mechanisms by which mitochondrial deficiency plays a role in cancer progression.
본 발명의 목적은 NUPR1을 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단용 바이오마커 조성물 및 이를 이용한 암 진단 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a biomarker composition for diagnosing malignant mitochondrial cancer including NUPR1 and a method for diagnosing cancer using the same.
본 발명은 NUPR1 유전자 또는 상기 유전자가 코딩하는 단백질을 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단용 바이오마커 조성물을 제공한다.The present invention provides a biomarker composition for diagnosing malignancy of cancer which comprises a NUPR1 gene or a protein encoded by the gene.
또한, 본 발명은 NUPR1 유전자에 특이적으로 결합하는 프라이머 또는 프로브, 상기 유전자가 코딩하는 단백질에 특이적으로 결합하는 항체 또는 상기 단백질에 특이적인 결합 도메인을 갖는 펩타이드를 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단용 키트를 제공한다.The present invention also relates to a method for diagnosing malignant cancer characterized by a mitochondrial comprising a primer or a probe specifically binding to the NUPR1 gene, an antibody that specifically binds to the protein encoded by the gene, or a peptide having a binding domain specific to the protein, Provide a kit.
또한, 본 발명은 암 환자 시료로부터 NUPR1 유전자의 mRNA 발현 수준 또는 상기 유전자가 코딩하는 단백질의 발현 수준을 측정하는 단계를 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for providing information necessary for diagnosis of a mitochondrial dysfunctional cancer, which comprises measuring the mRNA expression level of the NUPR1 gene or the expression level of the protein encoded by the gene from a cancer patient sample.
또한, 본 발명은 NUPR1 단백질 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 예방 또는 치료용 약학조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer that has undergone mitochondrial function comprising an NUPR1 protein expression or activity inhibitor as an active ingredient.
또한, 본 발명은 암세포에서 NUPR1 단백질의 발현 또는 활성 정도를 측정하는 단계를 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 치료제 스크리닝 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for screening for a mitochondrial deficient cancer therapeutic agent, comprising the step of measuring the expression or activity level of NUPR1 protein in cancer cells.
본 발명은 NUPR1을 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단용 바이오마커 조성물 및 이를 이용한 암 진단 방법에 대한 것으로, 상세하게는 NUPR1 유전자 또는 상기 유전자가 코딩하는 단백질을 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단용 바이오마커 조성물, 이를 이용한 암 진단 키트 및 암 진단 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 NUPR1 단백질 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 예방 또는 치료용 약학조성물 및 상기 NUPR1 단백질을 이용한 미토콘드리아 기능 저하된 암 치료제 스크리닝 방법을 제공한다. 따라서, 본 발명의 NUPR1 유전자 또는 NUPR1 단백질은 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단 및 치료에 유용하게 활용될 수 있다.The present invention relates to a biomarker composition for diagnosing malignancy-deficient cancer comprising NUPR1 and a method for diagnosing cancer using the same, and more particularly, to a biomarker composition for diagnosing malignancy of cancer, which comprises a NUPR1 gene or a protein encoded by the gene, A cancer diagnosis kit using the same, and a cancer diagnosis method. In addition, the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer that has undergone mitochondrial function comprising an NUPR1 protein expression or activity inhibitor as an active ingredient, and a method for screening a cancer treating agent having a reduced function of mitochondria using the NUPR1 protein. Therefore, the NUPR1 gene or the NUPR1 protein of the present invention can be usefully used for diagnosing and treating cancer that has undergone mitochondrial function.
도 1은 미토콘드리아 결핍된 침습성 간암세포의 유전자 발현 변화에 대한 결과이다. 3개의 다른 SNU 간암세포주(SNU354, SNU387 및 SNU423) 및 Ch-L 클론은 지수성장기를 유지하기 위하여 2시간 동안 배양하였다. (A) 세포 산소소비율(oxygen consumption rate; OCR)은 XF analyzer를 이용하여 측정하였다. (B) 미토콘드리아 호흡 서브유닛에 대한 웨스턴블랏 분석결과이다. (C) 세포 침습 활성은 MatrigelTM-코팅된 TranswellTM을 사용하여 수행하였다. 침습된 세포수를 측정하였다. 침습된 세포에 대한 대표적 사진을 아래 패널에 나타냈다. **, p<0.01 vs. Ch-L by student t-test. (D) 미토콘드리아 호흡 활성 간암세포 및 미토콘드리아 호흡 결핍 간암세포 사이에서 차등적으로 발현되는 유전자들의 열지도(Heatmap)를 나타낸다(미토콘드리아 '종양 결핍(tumoral defect)' 특성). 유전자 발현 프로파일링을 수행한 결과, 발현에 차이를 보이는 전체 2774개 유전자는 2배 이상의 발현 차이를 나타냈다. 이중에서, 미토콘드리아 활성 세포와 비교하여 미토콘드리아 결핍된 세포에서 1301개 유전자들이 공통적으로 상향-조절되었고, 1473개 유전자들이 하향-조절되었다. (E) 공통적으로 상향-조절된 유전자들(1301개 유전자들) 및 하향-조절된 유전자들(1473개 유전자들)에 대한 기능적 농축도 분석 결과를 나타낸다. 농축화 점수는 유전자 집합 농축화 분석으로부터 계산된 -log 10 전환된 p-values를 나타낸다.
도 2는 CMD 유전자 특성의 분석 결과이다. (A) Ch-L 클론은 4개의 다른 호흡 억제제를 12시간 동안 처리하여 분석하였다: 5 μM Rotenone (Ro), 200 μM TTFA, 5 μM antimycin A (AA) 또는 5 μM oligomycin (Oli). 세포의 유전자 발현 프로파일을 비교한 결과, 공통적으로 상향-조절된 131개 유전자를 얻었다(미토콘드리아 '기능 결핍(functional defect)' 특성). (B) MDA-MB435 및 이의 ρ0 세포의 유전자 발현 프로파일을 비교한 결과, 상향-조절된 1760개 유전자를 얻었다(미토콘드리아 '유전적 결핍(genetic defect)' 특성). (C) 3개의 독립적인 미토콘드리아 결핍 조건(종양, 유전적 및 기능 결핍)으로부터, 10개의 유전자를 CMD 특성으로 얻었다. (D) 및 (E) 독립적인 공개 데이터(GSE4024 및 GSE14520)로부터 얻은 전체 생존율(왼쪽 패널) 및 재발 없는 생존율(오른쪽 패널)의 Kaplan-Meier plot 분석 결과를 각각 나타낸다. 환자들은 CMD 특성의 발현 상태를 기초로 하여 계층화시켰다(CMD_UP vs CMD_DOWN).
도 3은 10개의 CMD 유전자 중에서, NUPR1이 간암세포 침습성을 조절하는 주요 TR이고, 세포질 내 Ca++ 증가에 의해 조절된다는 결과를 나타낸다. (A) SNU 간암세포에서 3개의 공통적인 TRs의 mRNA 수준을 실시간 PCR을 통해 측정하였다. **, p<0.01 vs. SNU387 by student t-test. (B) SNU354 세포를 NUPR1, NFIX 및 NFE2L1에 대한 siRNAs로 형질감염시키고, 침습성 분석에 적용한 결과이다. **, p<0.01 vs. non-specific siRNA (siNC) by student t-test. (C) 침습성 분석의 대표적인 결과 이미지를 나타냈다. (D) Fluo-3 형광 염료로 세포를 염색한 후, 유세포 분석을 통해 SNU 간암세포(SNU354, SNU387 및 SNU423)의 세포질 내 Ca++ 수준을 측정하고 이를 Ch-L 클론과 비교한 결과이다. **, p<0.01 and *, p<0.05 vs. Ch-L by student t-test. Fluo-3-염색된 세포들의 대표적인 세포 분포는 아래 패널에 나타냈다. (E) 표시된 시간 동안 SNU387 세포를 20 μM A23187로 처리한 결과이다. Fluo-3 형광 염료를 사용한 세포질 내 Ca++ 수준(위 패널) 및 실시간 PCR에 의한 NUPR1 mRNA 수준(아래 패널)을 측정한 결과이다. (F) 표시된 시간 동안 SNU354 세포를 5 μM BAPTA-AM으로 처리한 결과이다. 세포질 내 Ca++ 수준(위 패널) 및 NUPR1 mRNA 수준(아래 패널)을 측정한 결과이다. *, p<0.05; **, p<0.01 vs. DMSO treated cell (vehicle, V) by student t-test.
도 4는 GRN이 NUPR1의 주요 하류 작동 분자라는 것을 나타낸다. (A) SNU354세포를 NUPR1에 대한 siRNA로 2일 및 3일 동안 형질감염시킨 후, cDNA 마이크로어레이 분석을 수행한 결과이다. 공통적으로 하향조절되는 유전자의 히트맵(Heatmap)을 나타냈다. 26개의 유전자가 하향조절되었고, 14개의 유전자가 상향조절되었다. (B) GeneMania software를 이용하여, 26개의 공통적으로 하향조절된 유전자들에 대한 네트워크를 구성한 결과로서, 유전적 상호작용, 동시-발현 관련성, 물리적 상호작용 및 경로 관련성을 나타낸다. 네트워크에서 연결되지 않는 유전자들을 제거함으로써, 26개 유전자들 중 19개가 네트워크에 포함되었다(파란색 및 노란색 원). NUPR1에 직접적으로 연결된 이웃 유전자들 중, 가장 높은 상호작용 파트너로 보이는 4개의 유전자가 가능성 있는 표적으로 확인되었다(노란색 원). (C, D) SNU354 세포는 NUPR1에 대한 shRNAs를 가진 재조합 렌티바이러스로 감염되었고, 안정적으로 shRNAs를 발현하는 클론들을 분리하였다. (C) GRN 및 NUPR1의 mRNA 수준을 실시간 PCR로 측정한 결과이다. **, p<0.01 vs. shNC by student t-test. (D) 웨스턴 블랏 분석을 통해 단백질 수준을 측정한 결과이다. (E) SNU387 세포는 pcDNA3-NUPR1-HA 플라스미드로 2일 동안 형질감염되었다. NUPR1 및 GRN의 단백질 발현 수준은 웨스턴 블랏 분석을 통해 측정되었다.
도 5는 Ca++-매개 NUPR1 발현에 의해 GRN이 간암세포 침습 활성을 조절한다는 것을 보여주는 결과이다. (A) 표시된 시간 동안 SNU387 세포를 20 μM A23187에 노출시킨 후, GRN mRNA 수준은 실시간 PCR에 의해 측정되었다. (B) NUPR1 shRNA 또는 비-특이적 shRNA(non-specific shRNA; shNC)를 안정적으로 가진 SNU354 세포를 6시간 동안 20 μM A23187에 노출시켰다. GRN mRNA 수준은 실시간 PCR에 의해 측정되었다. (C) SNU354 세포는 GRN에 대한 siRNA로 형질감염시켰고, Matrigel-coated TranswellTM 분석을 통해 세포 침습 활성을 측정하였다. 침습된 세포수는 계수되었고(왼쪽 패널), 침습된 세포의 대표적인 이미지를 나타냈다(오른쪽 패널). (D) NUPR1 shRNA를 안정적으로 가진 SNU354 세포를 pcDNA3-GRN 플라스미드로 형질감염시켰고, 세포 침습 분석에 적용하였다. 침습된 세포수는 계수되었고(왼쪽 패널), 단백질 수준은 웨스턴 블랏 분석을 통해 검증하였다(오른쪽 패널). **, p<0.01 vs. siNC, shNC, pcDNA3 or DMSO vehicle (V) by student t-test. ##, p<0.01 vs A23187 treated cell.
도 6은 NUPR1이 GRN의 특정 프로모터 부위에 결합하여 GRN 프로모터 활성을 조절한다는 결과를 나타낸다. (A) -2894 내지 +58의 GRN 프로모터 부위를 포함하는 GRN-pGL3 리포터 플라스미드의 개략적 모델을 나타낸다. ChIP 분석에 사용된 프로모터 부위는 아래 패널에 표시하였다. (B) NUPR1 shRNA를 안정적으로 가진 SNU354 세포를 pcDNA3-GRN 플라스미드 및 GRN-pGL3 리포터 플라스미드로 함께 형질감염시켰고, 루시퍼라아제 프로모터 분석에 적용하였다. 모든 실험은 3번 반복하여 수행하였고, 적어도 2번 이상 반복하였다. 단백질 수준은 웨스턴 블랏 분석을 통해 확인하였다(아래 패널). ** or ##, p<0.01 vs. the indicated control by student t-test. (C) NUPR1 항체를 사용하여, 표시된 GRN 프로모터 부위에 대한 ChIP 프로모터 결합 분석을 수행하였다. 대표적인 젤 이미지(위 패널) 및 정량 결과(아래 패널)를 나타냈다. (D) SNU354 세포에서 NUPR1 발현을 shRNA로 억제한 후, 프로모터 부위 5에 대하여 ChIP 분석을 수행하였다. 정량 결과(오른쪽 패널) 및 대표적인 젤 이미지(왼쪽 패널)를 나타냈다.
도 7은 간암 환자 조직에서 미토콘드리아 결핍 및 NUPR1/GRN 발현 사이의 연관성을 나타내는 결과이다. (A) 23명의 간암 환자로부터 얻은 종양 및 그 주변 조직에 대한 3개의 미토콘트리아 호흡 서브유닛 및 GAPDH의 단백질 발현 수준은 웨스턴 블랏 분석을 통하여 측정하였다. (B) NUPR1 및 GRN mRNA 수준은 샘플 조직을 이용하여 실시간 PCR에 의해 측정되었다. 종양 조직의 미토콘드리아 활성 변화는 아래 패널에 나타냈다. 회색은 GAPDH 발현이 증가된 미토콘드리아 결핍을, 체크무늬는 활성 미토콘드리아를, 흰색은 전체적인 대사 억제를 나타낸다. (C) NUPR1/GRN이 동시-발현된 조직의 비율을 나타낸다.
도 8은 간암 진행에 있어서 주요 CMD 유전자인, NUPR1의 분자 연관성에 대한 개략적 모델을 나타낸다.Fig. 1 shows the results of gene expression changes in mitochondria-deficient invasive hepatic cancer cells. Three different SNU liver cancer cell lines (SNU354, SNU387 and SNU423) and Ch-L clones were cultured for 2 hours to maintain exponential growth period. (A) The oxygen consumption rate (OCR) was measured using an XF analyzer. (B) Western blot analysis of mitochondrial respiratory subunits. (C) Cellular invasion activity was performed using Matrigel TM -coated Transwell TM . The number of invaded cells was measured. Representative photographs of invaded cells are shown in the panel below. **, p < Ch-L by student t-test. (D) Heatmap of genes that are differentially expressed between mitochondrial respiratory active hepatocarcinoma cells and mitochondrial respiratory deficient hepatocarcinoma cells (mitochondrial 'tumoral defect' characteristic). As a result of gene expression profiling, a total of 2,774 genes showing a difference in expression showed a difference of more than 2 times in expression. Of these, 1301 genes were commonly up-regulated and 1473 genes were down-regulated in mitochondrial deficient cells compared to mitochondrial activated cells. (E) Functional enrichment analysis results for commonly up-regulated genes (1301 genes) and down-regulated genes (1473 genes). The concentration score represents the -
Fig. 2 shows the results of analysis of CMD gene characteristics. (A) Ch-L clones were analyzed by treating four different respiratory inhibitors for 12 hours: 5 μM Rotenone (Ro), 200 μM TTFA, 5 μM antimycin A (AA) or 5 μM oligomycin (Oli). Comparing the gene expression profiles of the cells, we obtained 131 genes that were commonly up-regulated (mitochondrial 'functional defect' characteristics). (B) Comparison of gene expression profiles of MDA-MB435 and its ρ0 cells resulted in up-regulated 1760 genes (mitochondrial 'genetic defect' characteristics). (C) Ten genes were obtained from CMD characteristics from three independent mitochondrial deficiency conditions (tumor, genetic and functional deficiency). (Left panel) and non-recurrence-free survival rate (right panel) obtained from independent (D) and (E) independent public data (GSE4024 and GSE14520), respectively. Patients were stratified based on the expression status of CMD characteristics (CMD_UP vs CMD_DOWN).
Figure 3 shows that among the 10 CMD genes, NUPR1 is the major TR regulating hepatoma cell invasiveness and is regulated by an increase in intracellular Ca < ++ > (A) mRNA levels of three common TRs in SNU liver cancer cells were measured by real-time PCR. **, p < SNU387 by student t-test. (B) and the SNU354 cells transfected with siRNAs for NUPR1, NFIX and NFE2L1, the result of applying the invasive analysis. **, p < Non-specific siRNA (siNC) by student t-test. (C) Representative results image of invasive analysis. (D) Fluo-3 results after staining the cells with a fluorescent dye, by flow cytometry measuring the Ca ++ level within the cytoplasm of SNU liver cancer cells (SNU354, SNU387 and SNU423) and comparing it with a Ch-L clone. **, p < 0.01 and *, p < Ch-L by student t-test. Representative cell distributions of Fluo-3-stained cells are shown in the panel below. (E) Results of treatment of SNU387 cells with 20 μM A23187 for the indicated time. The level of Ca ++ in the cytoplasm (top panel) and the level of NUPR1 mRNA (bottom panel) by real-time PCR using Fluo-3 fluorescent dye were measured. (F) Treatment of SNU354 cells with 5 μM BAPTA-AM for the indicated time. The cytoplasmic Ca ++ level (upper panel) and NUPR1 mRNA levels (panel below). *, p <0.05; **, p < DMSO treated cell (vehicle, V) by student t-test.
Figure 4 shows that GRN is the major downstream working molecule of NUPR1 . (A) SNU354 cells were transfected with siRNA for NUPR1 for 2 days and 3 days, followed by cDNA microarray analysis. And a heatmap of genes that are commonly down-regulated. 26 genes were down-regulated and 14 genes were up-regulated. (B) Genetic interaction, co-expression, physical interaction, and pathway relevance as a result of networking of 26 commonly down-regulated genes using GeneMania software. By removing unconnected genes from the network, 19 of the 26 genes were included in the network (blue and yellow circles). Of the neighbors directly linked to NUPR1 , four genes that appear to be the highest interacting partner have been identified as potential targets (yellow circle). (C, D) SNU354 cells were infected with recombinant lentiviruses with shRNAs for NUPR1 and stably isolated clones expressing shRNAs. (C) GRN And mRNA levels of NUPR1 were measured by real-time PCR. **, p < shNC by student t-test. (D) Western blot analysis. (E) SNU387 cells were transfected with pcDNA3- NUPR1- HA plasmid for 2 days. NUPR1 And protein expression levels of GRN were determined by Western blot analysis.
Figure 5 depicts the Ca ++ -mediated NUPR1 These results show that GRN regulates liver cancer cell invasion activity by expression. (A) SNU387 cells were exposed to 20 μM A23187 for the indicated time, then GRN mRNA levels were measured by real-time PCR. (B) NUPR1 SNU354 cells stably harboring shRNA or non-specific shRNA (shNC) were exposed to 20 μM A23187 for 6 hours. GRN mRNA levels were measured by real-time PCR. (C) SNU354 cells were transfected with siRNA for GRN and cell invasion activity was measured by Matrigel-coated Transwell ™ assay. Invasive cell counts were counted (left panel) and representative images of invaded cells (right panel). (D) SNU354 cells stably harboring NUPR1 shRNA were transfected with pcDNA3- GRN Plasmid, and applied for cellular invasion analysis. Invasive cell counts were counted (left panel) and protein levels were verified by western blot analysis (right panel). **, p < siNC, shNC, pcDNA3 or DMSO vehicle (V) by student t-test. ##, p <0.01 vs A23187 treated cell.
6 is a GRN to NUPR1 binds to GRN-specific promoter region of the Lt; RTI ID = 0.0 > promoter activity. ≪ / RTI > (A) shows a schematic model of a GRN -pGL3 reporter plasmid containing the promoter region of the GRN -2894 to +58. Promoter sites used for ChIP analysis are shown in the panel below. (B) NUPR1 SNU354 cells stably harboring shRNA were transfected with pcDNA3- GRN Plasmid and GRN- pGL3 reporter plasmid and applied to the luciferase promoter analysis. All experiments were repeated 3 times and repeated at least 2 times. Protein levels were determined by Western blot analysis (bottom panel). ** or ##, p < the indicated control by student t-test. (C) NUPR1 Using the antibody, the displayed GRN ChIP promoter binding analysis was performed on the promoter region. Representative gel images (top panel) and quantitative results (bottom panel) were shown. (D) After NUPR1 expression was suppressed by shRNA in SNU354 cells, ChIP analysis was performed on
FIG. 7 shows that mitochondrial deficiency and NUPR1 / GRN Expression is the result of the relationship. (A) Protein expression levels of three mitochondrial respiratory subunits and GAPDH on tumors and their surrounding tissues from 23 liver cancer patients were determined by Western blot analysis. (B) NUPR1 And GRN mRNA levels were measured by real-time PCR using sample tissue. Changes in mitochondrial activity of tumor tissues are shown in the panel below. Gray represents increased mitochondrial deficiency of GAPDH expression, plaque for active mitochondria, and white for total metabolic inhibition. (C) NUPR1 / GRN represent the proportion of co-expressed tissue.
Figure 8 shows a schematic model of the molecular association of NUPR1, the major CMD gene in liver cancer progression.
이에, 본 발명자들은 암의 진행에 있어서 미토콘드리아 결핍이 담당하는 주요 조절 기작을 밝히고자 하였다. 본 발명자들은 간암세포에서 미토콘드리아 결핍이 일어나는 것을 확인하고, 독립적으로 설계된 3개의 미토콘드리아 결핍 모델(낮은 호흡 활성을 가진 간암세포, i.e., 종양 결핍; 약학적으로 호흡을 억제한 세포, i.e., 기능 결핍; 및 미토콘드리아 DNA 결핍된 암세포, i.e., 유전적 결핍)의 유전자 발현 프로파일링을 수행함으로써, 10개의 공통된 미토콘드리아 결핍 (common mitochondrial defect; CMD) 유전자들을 확인하였다. 이 중 핵 단백질 1(nuclear protein 1; NUPR1)이 주요 전사 조절자라는 것을 밝혀냈고, NUPR1의 하류 작동자(downstream effector)가 그래뉼린(granulin; GRN)임을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
Thus, the present inventors sought to clarify the main regulatory mechanism of mitochondrial deficiency in cancer progression. We identified mitochondrial depletion in hepatocarcinoma cells and identified three independently designed mitochondrial depletion models (liver cancer cells with low respiratory activity, ie, tumor deficiency; pharmacologically respiratory depressed cells, ie, deficient function; And genetic expression profiling of mitochondrial DNA deficient cancer cells, i. E., A genetic deficiency), to identify ten common mitochondrial defect (CMD) genes. Among them, we have found that nuclear protein 1 (NUPR1) is a major transcription regulator and that the downstream effector of NUPR1 is granulin (GRN), thus completing the present invention.
본 발명은 NUPR1 유전자 또는 상기 유전자가 코딩하는 단백질을 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단용 바이오마커 조성물을 제공한다. 바람직하게는 상기 암은 간암일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
The present invention provides a biomarker composition for diagnosing malignancy of cancer which comprises a NUPR1 gene or a protein encoded by the gene. Preferably, the cancer may be liver cancer, but is not limited thereto.
본 발명의 "NUPR1"은 nuclear protein transcriptional regulator 1 또는 nuclear protein 1로서, NCBI accession no. NC_000016.10 내에 존재할 수 있고, 상기 유전자로부터 2개의 mRNA variants가 전사되며, 이에 따라 2개의 protein isoform을 가질 수 있다. 상기 isoform은 nuclear protein 1 isoform A (NCBI Accession Number : NP_001035948.1) 또는 nuclear protein 1 isoform B (NCBI Accession Number : NP_036517.1)수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
The term "NUPR1" of the present invention is expressed as a nuclear
본 명세서에서 용어 “진단”은 특정 질병 또는 질환에 대한 한 객체의 감수성(susceptibility)을 판정하는 것, 한 객체가 특정 질병 또는 질환을 현재 가지고 있는지 여부를 판정하는 것, 특정 질병 또는 질환에 걸린 한 객체의 예후(prognosis)를 판정하는 것, 또는 테라메트릭스(therametrics)(예컨대, 치료 효능에 대한 정보를 제공하기 위하여 객체의 상태를 모니터링하는 것)을 포함한다.
The term " diagnosing " herein is used to determine the susceptibility of an object to a particular disease or disorder, to determine whether an object currently has a particular disease or disorder, Determining the prognosis of the object, or therametrics (e.g., monitoring the status of the object to provide information about the therapeutic efficacy).
또한, 본 발명은 NUPR1 유전자에 특이적으로 결합하는 프라이머 또는 프로브, 상기 유전자가 코딩하는 단백질에 특이적으로 결합하는 항체 또는 상기 단백질에 특이적인 결합 도메인을 갖는 펩타이드를 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단용 키트를 제공한다. 바람직하게는 상기 암은 간암일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
The present invention also relates to a method for diagnosing malignant cancer characterized by a mitochondrial comprising a primer or a probe specifically binding to the NUPR1 gene, an antibody that specifically binds to the protein encoded by the gene, or a peptide having a binding domain specific to the protein, Provide a kit. Preferably, the cancer may be liver cancer, but is not limited thereto.
상기 "프라이머"는 짧은 자유 3-말단 수산화기(free 3' hydroxyl group)를 가지는 핵산 서열로 상보적인 템플레이트(template)와 염기쌍을 형성할 수 있고 템플레이트 가닥 복사을 위한 시작 지점으로서 작용하는 짧은 핵산 서열을 말한다. 프라이머는 적절한 완충용액 및 온도에서 중합반응을 위한 시약(즉, DNA 폴리머라제 또는 역전사효소) 및 상이한 4 가지의 뉴클레오사이드 트리포스페이트의 존재하에서 DNA 합성을 개시할 수 있다. PCR 조건, 센스 및 안티센스 프라이머의 길이는 당업계에 공지된 기술에 따라 적절히 선택될 수 있다.
The term "primer" refers to a short nucleic acid sequence capable of forming a base pair with a template complementary to a nucleic acid sequence having a short free 3 'hydroxyl group and acting as a starting point for template strand replication . Primers can initiate DNA synthesis in the presence of reagents for polymerization (i. E., DNA polymerase or reverse transcriptase) and four different nucleoside triphosphates at appropriate buffer solutions and temperatures. The PCR conditions, the lengths of the sense and antisense primers can be appropriately selected according to techniques known in the art.
상기 "프로브"는 mRNA외 특이적으로 결합을 이룰 수 있는 짧게는 수 염기 내지 길게는 수백 염기에 해당하는 RNA 또는 DNA 등의 핵산 단편을 의미하며 라벨링되어 있어서 특정 mRNA의 존재 유무, 발현양을 확인할 수 있다. 프로브는 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide) 프로브, 단쇄 DNA(single strand DNA) 프로브, 이중쇄DNA(double strand DNA)프로브, RNA 프로브 등의 형태로 제작될 수 있다. 적절한 프로브의 선택 및 혼성화 조건은 당해 기술 분야에 공지된 기술에 따라 적절히 선택할 수 있다.
The term "probe" means a nucleic acid fragment such as RNA or DNA corresponding to a few nucleotides or several hundreds of nucleotides that can specifically bind to an mRNA, and is labeled to confirm the presence or expression level of a specific mRNA . The probe may be prepared in the form of an oligonucleotide probe, a single strand DNA probe, a double strand DNA probe, or an RNA probe. Selection of suitable probes and hybridization conditions can be appropriately selected according to techniques known in the art.
상기 "항체"란 당해 기술분야에 공지된 용어로서 항원성 부위에 대하여 지시되는 특이적인 면역 글로불린을 의미한다. 상기 언급한 하나 이상의 단백질 주입을 통해 제조된 것 또는 시판되어 구입한 것이 모두 사용 가능하다. 또한, 상기 항체는 다클론 항체, 단클론 항체 및 에피토프와 결합할 수 있는 단편 등을 포함한다. 상기 항체의 형태는 폴리클로날 항체 또는 모노클로날 항체를 포함하며, 모든 면역글로불린 항체가 포함된다. 상기 항체는 2개의 전체 길이의 경쇄 및 2 개의 전체 길이의 중쇄를 갖는 완전한 형태를 의미한다. 또한, 상기 항체는 인간화 항체 등의 특수 항체도 포함된다.
As used herein, the term "antibody" means a specific immunoglobulin as indicated in the art and directed against an antigenic site. Any of those prepared through the above-mentioned one or more protein injections or commercially available can be used. In addition, the antibody includes a polyclonal antibody, a monoclonal antibody, and a fragment capable of binding to an epitope. The forms of the antibodies include polyclonal or monoclonal antibodies, including all immunoglobulin antibodies. The antibody refers to a complete form having two full-length light chains and two full-length heavy chains. The antibody also includes a special antibody such as a humanized antibody.
상기 "펩타이드"란 온전한 항체의 구조를 갖지는 않지만, 항원성 부위에 대해 지시되는 특이적인 항원결합부위(결합 도메인)를 갖는 폴리펩티드를 의미한다. 상기 펩티드는 2개의 경쇄 및 2개의 중쇄를 갖는 완전한 형태의 항체가 아닌 항체 분자의 기능적 단편을 포함한다. 항체 분자의 기능적 단편이란 적어도 항원 결합 기능을 보유하고 있는 단편을 의미한다.
The term "peptide" refers to a polypeptide that does not have the structure of the intact antibody, but has a specific antigen binding site (binding domain) directed against the antigenic site. The peptide comprises a functional fragment of an antibody molecule that is not a complete form of the antibody having two light and two heavy chains. A functional fragment of an antibody molecule means a fragment having at least an antigen-binding function.
또한, 본 발명은 (1) 암 환자 시료로부터 NUPR1 유전자의 mRNA 발현 수준 또는 상기 유전자가 코딩하는 단백질의 발현 수준을 측정하는 단계; (2) 상기 NUPR1 유전자의 mRNA 발현 수준 또는 상기 유전자가 코딩하는 단백질의 발현 수준을 대조군 시료와 비교하는 단계 및 (3) 상기 NUPR1 유전자의 mRNA 발현 수준 또는 상기 유전자가 코딩하는 단백질의 발현 수준이 대조군 시료보다 높을 경우 미토콘드리아 기능 저하된 암으로 판단하는 단계를 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법을 제공한다. 바람직하게는 상기 암은 간암일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.(1) measuring the mRNA expression level of the NUPR1 gene or the expression level of the protein encoded by the gene from the cancer patient sample; (2) comparing the mRNA expression level of the NUPR1 gene or the expression level of the protein encoded by the gene with a control sample, and (3) comparing the mRNA expression level of the NUPR1 gene or the expression level of the protein encoded by the gene with the control sample And a step of judging the cancer to be malfunctioning in mitochondria when the sample is higher than the sample. Preferably, the cancer may be liver cancer, but is not limited thereto.
상세하게는, 상기 mRNA 발현 수준을 측정하는 방법은 RT-PCR, 경쟁적 RT-PCR(Competitive RT-PCR), 실시간 RT-PCR (Real-time RT-PCR), RNase 보호 분석법(RPA; RNase protection assay), 노던 블랏팅 (Northern blotting) 및 DNA 칩을 이용하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.In detail, the method for measuring the mRNA expression level may be RT-PCR, competitive RT-PCR, real-time RT-PCR, RNase protection assay (RPA) ), Northern blotting and DNA chips, but are not limited thereto.
상세하게는, 상기 단백질 발현 수준을 측정하는 방법은 웨스턴 블랏, ELISA(enzyme linked immunosorbent asay), 방사선면역분석(Radioimmunoassay; RIA), 방사면역확산법(radioimmunodiffusion), 오우크테로니(Ouchterlony) 면역 확산법, 로케이트(rocket) 면역전기영동, 조직면역염색, 면역침전 분석법(Immunoprecipitation assay), 보체고정분석법 (Complement Fixation Assay), FACS 및 단백질 칩을 이용하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
In detail, the method for measuring the protein expression level may be Western blotting, enzyme linked immunosorbent assay (ELISA), radioimmunoassay (RIA), radioimmunodiffusion, Ouchterlony immunodiffusion, But are not limited to, rocket immunoelectrophoresis, tissue immunostaining, immunoprecipitation assays, Complement Fixation Assays, FACS and protein chips.
본 명세서에서 용어 “환자 시료”란 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단용 바이오 마커인 상기 NUPR1 유전자의 발현수준에 있어서 대조군과 차이가 나는 조직, 세포, 전혈, 혈청, 혈장, 타액, 객담, 뇌척수액, 또는 뇨와 같은 시료를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
As used herein, the term " patient sample " refers to a tissue, cell, whole blood, serum, plasma, saliva, sputum, cerebrospinal fluid, or urine that differs from the control in the expression level of the NUPR1 gene which is a biomarker for diagnosing malignancy. But are not limited to, the same sample.
또한, 본 발명은 NUPR1 단백질 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 예방 또는 치료용 약학조성물을 제공한다. 바람직하게는 상기 암은 간암일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer that has undergone mitochondrial function comprising an NUPR1 protein expression or activity inhibitor as an active ingredient. Preferably, the cancer may be liver cancer, but is not limited thereto.
상세하게는 상기 약학조성물은 그래뉼린(Granulin; GRN) 단백질의 발현을 억제할 수 있으며, 암세포의 침습성을 억제할 수 있다.Specifically, the pharmaceutical composition can inhibit the expression of granulin (GRN) protein and inhibit invasiveness of cancer cells.
바람직하게는, 상기 NUPR1 단백질 발현 억제제는 NUPR1 유전자의 mRNA에 상보적으로 결합하는 안티센스 뉴클레오타이드, 작은 간섭 RNA(small interfering RNA; siRNA) 또는 짧은 헤어핀 RNA(short hairpin RNA; shRNA)일 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 shRNA는 서열번호 1 또는 서열번호 2로 이루어질 수 있고, 상기 siRNA는 서열번호 3 또는 서열번호 4로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the NUPR1 protein expression inhibitor may be an antisense nucleotide complementary to the mRNA of the NUPR1 gene, a small interfering RNA (siRNA) or a short hairpin RNA (shRNA) The shRNA may be of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, and the siRNA may be of SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4, but is not limited thereto.
바람직하게는, 상기 NUPR1 단백질 활성 억제제는 NUPR1 단백질에 특이적으로 결합하는 화합물, 펩티드, 펩티드 미메틱스, 앱타머, 항체 또는 천연물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
Preferably, the NUPR1 protein activity inhibitor may be a compound, a peptide, a peptide mimetic, an aptamer, an antibody or a natural product that specifically binds to the NUPR1 protein, but is not limited thereto.
본 발명의 그래뉼린(Granulin; GRN)은 NCBI Acceesion Number AAA58617.1(단백질) 또는 NC_000017.11(유전자)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
Granulin (GRN) of the present invention may be, but is not limited to, NCBI Acceesion Number AAA58617.1 (protein) or NC000017.11 (gene).
본 발명에서 용어 "안티센스 뉴클레오타이드"란 특정 mRNA의 서열에 상보적인 핵산 서열을 함유하고 있는 DNA 또는 RNA 또는 이들의 유도체를 의미하고, mRNA내의 상보적인 서열에 결합하여 mRNA의 단백질로의 번역을 저해하는 작용을 한다.
The term "antisense nucleotide " in the present invention means DNA or RNA or a derivative thereof containing a nucleic acid sequence complementary to the sequence of a specific mRNA, and binds to a complementary sequence in mRNA to inhibit translation of mRNA into a protein .
본 발명에서 용어 "작은 간섭 RNA(small interfering RNA; siRNA)"는 RNA 방해 또는 유전자 사일런싱을 매개할 수 있는 핵산 분자를 의미한다. siRNA는 표적 유전자의 발현을 억제할 수 있기 때문에 효율적인 유전자 넉다운 방법으로서 또는 유전자치료 방법으로 제공된다.
The term "small interfering RNA (siRNA)" in the present invention means a nucleic acid molecule capable of mediating RNA interference or gene silencing. Since siRNA can inhibit the expression of a target gene, it is provided as an efficient gene knockdown method or as a gene therapy method.
본 발명에서 용어 "짧은 헤어핀 RNA(short hairpin RNA; shRNA)"는 목적유전자 siRNA 염기서열의 sense와 상보적인 nonsense 사이에 3-10개의 염기 linker를 연결하는 올리고 DNA를 합성한 후 프라스미드 벡터에 클로닝하거나 또는 shRNA를 레트로바이러스인 렌티바이러스(lentivirus) 및 아데노바이러스(adenovirus)에 삽입하여 발현시키면 loop가 있는 헤어핀 구조의 shRNA (short hairpin RNA)가 만들어지고 세포 내의 Dicer에 의해 siRNA로 전환되어 RNAi 효과를 나타내는 것을 말한다. 상기 shRNA는 siRNA에 비해 비교적 장기간 RNAi 효과를 나타낸다.
The term "short hairpin RNA (shRNA)" in the present invention refers to an oligonucleotide synthesizing oligonucleotides connecting 3-10 base linkers between the sense of the target gene siRNA sequence and the complementary nonsense, Or by shRNA insertion into retroviruses such as lentivirus and adenovirus, the short hairpin RNA with a looped hairpin structure is produced and converted into siRNA by intracellular Dicer to produce an RNAi effect It says. The shRNA shows a relatively long-term RNAi effect as compared to siRNA.
본 발명에서 용어 "펩티드 미메틱스(Peptide Mimetics)"는 NUPR1 활성을 이끄는 NAG-1 단백질의 결합 도메인을 억제하는 펩티드 또는 비펩티드이다.
The term "Peptide Mimetics" in the present invention is a peptide or non-peptide that inhibits the binding domain of the NAG-1 protein leading to NUPR1 activity.
본 발명에서 용어 "앱타머(Aptamer)"는 그 자체로 안정된 삼차구조를 가지면서 표적분자에 높은 친화성과 특이성으로 결합할 수 있는 특징을 가진 단일가닥 핵산(DNA, RNA 또는 변형핵산)이다. 앱타머는 고유의 높은 친화성(보통 pM 수준)과 특이성으로 표적분자에 결합할 수 있다는 특성 때문에 단일 항체와 비교가 되고, 특히 "화학 항체"라고 할 만큼 대체 항체로서의 높은 가능성이 있다.
In the present invention, the term "Aptamer" is a single-stranded nucleic acid (DNA, RNA or modified nucleic acid) having a stable tertiary structure and capable of binding to a target molecule with high affinity and specificity. Aptamers are comparable to monoclonal antibodies due to their inherent high affinity (usually pM levels) and their ability to bind to target molecules with specificity, and there is a high likelihood of being an alternative antibody, especially as a "chemoantibody".
본 발명에서 용어 "항체"는 NUPR1 주입을 통해 제조된 것 또는 시판되어 구입한 것이 모두 사용 가능하다. 또한, 상기 항체는 다클론 항체, 단클론 항체 및 에피토프와 결합할 수 있는 단편 등을 포함한다. The term "antibody" in the present invention can be used either as a product prepared through NUPR1 injection or as a product purchased commercially. In addition, the antibody includes a polyclonal antibody, a monoclonal antibody, and a fragment capable of binding to an epitope.
다클론 항체는 상기 NUPR1을 동물에 주사하고, 해당 동물로부터 채혈하여 항체를 포함하는 혈청을 수득하는 종래의 방법에 의해 생산할 수 있다. 이러한 다클론 항체는 당업계에 알려진 어떠한 방법에 의해서든 정제될 수 있고, 염소, 토끼, 양, 원숭이, 말, 돼지, 소, 개 등의 임의의 동물 종 숙주로부터 만들어질 수 있다.단클론 항체는 연속 세포주의 배양을 통한 항체 분자의 생성을 제공하는 어떠한 기술을 사용하여도 제조할 수 있다. 이러한 기술로는 이들로 한정되는 것은 아니지만 하이브리도마 기술, 사람 B-세포주 하이브리도마 기술 및 EBV-하이브리도마 기술이 포함된다.
The polyclonal antibody can be produced by a conventional method of injecting the above NUPR1 into an animal and collecting blood from the animal to obtain serum containing the antibody. Such polyclonal antibodies can be purified by any method known in the art and can be made from any animal species host such as goat, rabbit, sheep, monkey, horse, pig, cow, dog, etc. Monoclonal antibodies Can be prepared using any technique that provides for the production of antibody molecules through the culture of continuous cell lines. Such techniques include, but are not limited to, hybridoma technology, human B-cell line hybridoma technology, and EBV-hybridoma technology.
본 발명의 약학 조성물은 화학물질, 뉴클레오타이드, 안티센스, siRNA 올리고뉴클레오타이드 및 천연물 추출물을 유효성분으로 포함할 수 있다. 본 발명의 약학 조성물 또는 복합 제제는 유효 성분 이외에 약제학적으로 적합하고 생리학적으로 허용되는 보조제를 사용하여 제조될 수 있으며, 상기 보조제로는 부형제, 붕해제, 감미제, 결합제, 피복제, 팽창제, 윤활제, 활택제 또는 향미제 등의 가용화제를 사용할 수 있다. 본 발명의 약학 조성물은 투여를 위해서 유효 성분 이외에 추가로 약제학적으로 허용 가능한 담체를 1 종 이상 포함하여 약학 조성물로 바람직하게 제제화할 수 있다. 액상 용액으로 제제화되는 조성물에 있어서 허용 가능한 약제학적 담체로는, 멸균 및 생체에 적합한 것으로서, 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 알부민 주사용액, 덱스트로즈 용액, 말토 덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올 및 이들 성분 중 1 성분 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 필요에 따라 항산화제, 완충액, 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가할 수 있다. 또한 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제 및 윤활제를 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주사용 제형, 환약, 캡슐, 과립 또는 정제로 제제화할 수 있다. The pharmaceutical composition of the present invention may contain a chemical substance, a nucleotide, an antisense, an siRNA oligonucleotide and a natural product extract as an active ingredient. The pharmaceutical composition or combination preparation of the present invention may be prepared by using pharmaceutically acceptable and physiologically acceptable adjuvants in addition to the active ingredients. Examples of the adjuvants include excipients, disintegrants, sweeteners, binders, coating agents, swelling agents, lubricants , A lubricant or a flavoring agent may be used. The pharmaceutical composition of the present invention may be formulated into a pharmaceutical composition containing at least one pharmaceutically acceptable carrier in addition to the active ingredient for administration. Acceptable pharmaceutical carriers for compositions that are formulated into a liquid solution include sterile water and sterile water suitable for the living body such as saline, sterile water, Ringer's solution, buffered saline, albumin injection solution, dextrose solution, maltodextrin solution, glycerol, One or more of these components may be mixed and used. If necessary, other conventional additives such as an antioxidant, a buffer, and a bacteriostatic agent may be added. In addition, diluents, dispersants, surfactants, binders, and lubricants may be additionally added to formulate into injectable solutions, pills, capsules, granules or tablets such as aqueous solutions, suspensions, emulsions and the like.
본 발명의 약학 조성물의 약제 제제 형태는 과립제, 산제, 피복정, 정제, 캡슐제, 좌제, 시럽, 즙, 현탁제, 유제, 점적제 또는 주사 가능한 액제 및 활성 화합물의 서방출형 제제 등이 될 수 있다. 본 발명의 약학 조성물은 정맥내, 동맥내, 복강내, 근육내, 동맥내, 복강내, 흉골내, 경피, 비측내, 흡입, 국소, 직장, 경구, 안구내 또는 피내 경로를 통해 통상적인 방식으로 투여할 수 있다. 본 발명의 약학 조성물의 유효성분의 유효량은 질환의 예방 또는 치료 요구되는 양을 의미한다. 따라서, 질환의 종류, 질환의 중증도, 조성물에 함유된 유효 성분 및 다른 성분의 종류 및 함량, 제형의 종류 및 환자의 연령, 체중, 일반 건강 상태, 성별 및 식이, 투여 시간, 투여 경로 및 조성물의 분비율, 치료 기간, 동시 사용되는 약물을 비롯한 다양한 인자에 따라 조절될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 예컨대, 성인의 경우, 1일 1회 내지 수회 투여시, 본 발명의 저해제는 1일 1회 내지 수회 투여시, 화합물일 경우 0.1ng/kg~10g/kg, 폴리펩타이드, 단백질 또는 항체일 경우 0.1ng/kg~10g/kg, 안티센스 뉴클레오타이드, siRNA, shRNAi, miRNA일 경우 0.01ng/kg~10g/kg의 용량으로 투여할 수 있다.
Pharmaceutical dosage forms of the pharmaceutical compositions of the present invention may be granules, powders, coated tablets, tablets, capsules, suppositories, syrups, juices, suspensions, emulsions, suspending agents or injectable solutions or suspensions . The pharmaceutical compositions of the present invention may be formulated and administered in a conventional manner via intravenous, intraarterial, intraperitoneal, intramuscular, intraarterial, intraperitoneal, intrasternal, percutaneous, intranasal, inhalation, topical, rectal, ≪ / RTI > The effective amount of the active ingredient of the pharmaceutical composition of the present invention means the amount required for prevention or treatment of the disease. Accordingly, the present invention is not limited to the particular type of the disease, the severity of the disease, the kind and amount of the active ingredient and other ingredients contained in the composition, the type of formulation and the patient's age, body weight, general health status, sex and diet, Rate of administration, duration of treatment, concurrent medication, and the like. For example, in the case of an adult, the inhibitor of the present invention may be administered at a dose of 0.1 ng / kg to 10 g / kg when the compound is administered once to several times a day, a polypeptide, In the case of protein or antibody, 0.1 ng / kg to 10 g / kg, antisense nucleotide, siRNA, shRNAi or miRNA can be administered at a dose of 0.01 ng / kg to 10 g / kg.
또한, 본 발명은 암세포에 시험물질을 접촉시키는 단계; 상기 시험물질을 접촉한 암세포에서 NUPR1 단백질의 발현 또는 활성 정도를 측정하는 단계; 및 대조구 시료와 비교하여 상기 NUPR1 단백질의 발현 또는 활성 정도가 감소한 시험물질을 선별하는 단계를 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 치료제 스크리닝 방법을 제공한다. 바람직하게는 상기 암은 간암일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
In addition, the present invention provides a method for testing a cancer cell, comprising the steps of: Measuring the level of expression or activity of NUPR1 protein in cancer cells in contact with the test substance; And selecting a test substance having a decreased degree of expression or activity of the NUPR1 protein as compared to a control sample. Preferably, the cancer may be liver cancer, but is not limited thereto.
본 발명의 스크리닝 방법을 언급하면서 사용되는 용어 "시험물질"은 유전자의 발현량에 영향을 미치거나, 단백질의 발현 또는 활성에 영향을 미치는지 여부를 검사하기 위하여 스크리닝에서 이용되는 미지의 후보 물질을 의미한다. 상기 시료는 화학물질, 뉴클레오타이드, 안티센스-RNA, siRNA(small interference RNA) 및 천연물 추출물을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The term "test substance" used in reference to the screening method of the present invention refers to an unknown candidate substance used in screening in order to examine whether it affects the expression amount of a gene or affects the expression or activity of a protein. do. Such samples include, but are not limited to, chemicals, nucleotides, antisense-RNA, siRNA (small interference RNA) and natural extracts.
본 명세서에서 용어 “미토콘드리아 결핍된 암”, “미토콘드리아 호흡 결핍된 암”또는“미토콘드리아 기능 저하된 암”이란, 암세포에서 미토콘드리아의 ATP 생성능력이 저하되는 것을 의미한다. 한편, 유방암, 위암 또는 간암을 포함한 여러 암 형태에서 미토콘드리아 기능 저하가 암의 전이를 촉진한다고 보고하였다(PLoS One 2013;8:e61677, Biochim Biophys Acta 2012;1820:1102-1110, PLoS One 2013;8:e69485).
As used herein, the term " cancer deficient in mitochondria "," cancer deficient in mitochondria ", or " mitochondrial deficient cancer " means that the ability of the mitochondrial to produce ATP is decreased in cancer cells. On the other hand, it has been reported that mitochondrial dysfunction promotes cancer metastasis in various cancer types including breast cancer, gastric cancer or liver cancer (PLoS One 2013; 8: e61677, Biochim Biophys Acta 2012; 1820: 1102-1110, PLoS One 2013; : e69485).
이하에서는, 본 발명을 한정하지 않는 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하거나 한정하는것이 아님은 물론이다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments which do not limit the present invention. It should be understood that the following embodiments of the present invention are only for embodying the present invention and do not limit or limit the scope of the present invention. It is therefore to be understood that within the scope of the appended claims, the invention may be practiced otherwise than as specifically described herein.
<< 실험예Experimental Example >>
하기의 실험예들은 본 발명에 따른 각각의 실시예에 공통적으로 적용되는 실험예를 제공하기 위한 것이다.
The following experimental examples are intended to provide experimental examples that are commonly applied to the respective embodiments according to the present invention.
1. 세포 배양 및 미토콘드리아 결핍 조건 확립1. Establishment of cell culture and mitochondrial deficiency conditions
인간 간암세포(SNU-354, SNU-387 및 SNU-423)는 Korean Cell Line Bank (Seoul, Korea)로부터 구입하였고, 10% GIBCOTM fetal bovine serum (FBS; Invitrogen) 및 GIBCOTM antibiotics (Invitrogen)가 첨가된 GIBCOTM RPMI1640 medium (Invitrogen, Carlsbad, CA)에 5% CO2 습윤배양기로 37℃에서 배양하였다. Chang 세포 클론은 단일 세포 희석 및 Chang cell 확장(ATCC, Rockville, MD)에 의해 분리되었다. 알부민 및 카바모일-포스페이트 합성효소-1(carbamoyl-phosphate synthase-1)의 간 특이적 발현을 확인함으로써 검증한 강한 간 특성(hepatic characteristics; Ch-L)을 가진 Chang 클론을 본 발명에 사용하였다. Ch-L 클론은 10% GIBCOTM FBS가 첨가된 GIBCOTM Dulbecco's modified Eagle's medium(DMEM; Invitrogen)에서 배양하였다.Human liver cancer cells (SNU-354, SNU-387 and SNU-423) were purchased from Korean Cell Line Bank (Seoul, Korea) and 10% GIBCO ™ fetal bovine serum (FBS; Invitrogen) and GIBCO ™ antibiotics Were incubated at 37 [deg.] C in a 5% CO 2 humidified incubator in an added GIBCO TM RPMI1640 medium (Invitrogen, Carlsbad, CA). Chang cell clones were isolated by single cell dilution and Chang cell expansion (ATCC, Rockville, Md.). Chang clones with strong hepatic characteristics (Ch-L), which were verified by confirming liver-specific expression of albumin and carbamoyl-phosphate synthase-1, were used in the present invention. Ch-L clone was GIBCO TM Dulbecco's modified Eagle's medium with a 10% FBS was added GIBCO TM; cultured at (DMEM Invitrogen).
3개의 다른 미토콘드리아 결핍 조건을 확립하였다. '종양 결핍(tumoral defect)'에 있어서는, 미토콘드리아 결핍된 간세포(SNU-354 및 SNU-423)를 사용하였다. '기능 결핍(functional defect)' 조건은 Ch-L 클론을 서브-세포독성을 나타내는 양의 호흡 억제제[rotenone (complex I inhibitor), TTFA (complex II inhibitor), antimycin A (complex III inhibitor) 및 oligomycin (complex V inhibitor)에 12시간 동안 노출시켜 확립하였다. 미토콘드리아 DNA(mitochondrial DNA; mtDNA)가 결핍된, MDA-MB435의 Rho0 클론은 Singh KK로부터 제공받았고, '유전적 결핍(genetic defect)' 조건으로 사용하였다.
Three other mitochondrial deficiency conditions were established. For 'tumoral defect', mitochondrial deficient hepatocytes (SNU-354 and SNU-423) were used. The 'functional defect' condition is a condition in which the Ch-L clone is treated with a positive inhibitor of rotenone (complex I inhibitor), TTFA (complex II inhibitor), antimycin A (complex III inhibitor) and oligomycin complex V inhibitor) for 12 hours. The Rho0 clone of MDA-MB435 deficient in mitochondrial DNA (mtDNA) was obtained from Singh KK and used as a 'genetic defect' condition.
2. 인간 2. Human HCCHCC 검체 Specimen
HCC 종양 및 주변 조직은 2008년 8월부터 2010년 1월까지 아주대학교 병원에 내원한 23명의 HCC 환자(34-70세)로부터 얻었고, 아주대학교 기관생명윤리위원회를 통해 환자의 동의를 받았다. 본 발명에 참가한 환자 중 수술 전 화학치료 또는 방사선 치료를 받은 환자는 없었다.
HCC tumors and surrounding tissues were obtained from 23 HCC patients (aged 34-70 years) who visited Ajou University Hospital from August 2008 to January 2010, and received consent from the Ajou University Bioethics Committee. None of the patients participating in the present invention received preoperative chemotherapy or radiotherapy.
3. 유전자 발현 프로파일링 및 데이터 분석3. Gene expression profiling and data analysis
바이오틴화된 cDNA를 얻기 위해서, Ambion Illumina RNA amplification kit (Ambion, Austin, TX)을 이용하여 제조사의 지시에 따라 총 RNA를 증폭시켰고 분리하였다. 자세히 설명하면, oligo-dT primers를 이용하여 550 ng의 총 RNA가 cDNA로 역전사되었다. 이중 가닥 cDNA를 합성하였고, 시험관내(in vitro) 전사하였으며, 바이오틴화된 dNTP로 표지하였다. 표지된 cDNA 샘플 (750 ng)은 각각 human HT-12 expression v.4 bead array로 혼성화시켰고, 분석 신호의 검출은 제조사의 지시에 따라 수행하였다(Illumina, Inc., San Diego, CA). 미가공 데이터는 p-value < 0.05의 검출값으로 필터링하였고, log2 전환 및 분위수 표준화에 의해 추가적으로 가공하였다. 유전자 온톨로지 분석은 및 신호 경로 분석은 DAIVD software를 이용하여 수행하였다. 각 환자에 대해 동정된 유전자 특성 확인을 위한 유전자 집합 농축도 분석(gene set enrichment analysis)에 있어서, 농축도 점수(enrichment scores; ES)는 non-parametric Kolmogorov-Smirnov test analysis에 적용하여 계산하였다. -log10 전환된 p-values가 ES로서 사용되었고, ES의 유의성은 p<0.05에 의해 측정되었다. 임상적 검증을 위해서, 두 개의 독립적인 cohort 1(GSE4024, GSE1898, n=139) 및 cohort 2 (GSE14520, n=247)의 HCC 유전자 발현 프로파일 데이터 세트를 Gene Expression Omnibus (GEO) database로 얻었고, 유전자 및 어레이 센터링(gene and array centering)에 의해 전처리하였다. 모든 데이터 가공 및 생존 분석은 R/Bioconductor packages를 사용하였다.
To obtain the biotinylated cDNA, the total RNA was amplified and separated according to the manufacturer's instructions using the Ambion Illumina RNA amplification kit (Ambion, Austin, Tex.). Specifically, 550 ng of total RNA was reverse transcribed into cDNA using oligo-dT primers. Double strand cDNA was synthesized, and in vitro vitro ) and labeled with biotinylated dNTPs. The labeled cDNA samples (750 ng) were each hybridized with a human HT-12 expression v.4 bead array and detection of the analytical signal was performed according to the manufacturer's instructions (Illumina, Inc., San Diego, Calif.). The raw data was filtered with a detection value of p-value <0.05 and further processed by log2 conversion and quartile normalization. Gene ontology analysis and signal path analysis were performed using DAIVD software. The enrichment scores (ES) were calculated by applying the non-parametric Kolmogorov-Smirnov test analysis in gene set enrichment analysis to identify identified gene characteristics for each patient. -log10 Converted p-values were used as ES and significance of ES was measured by p <0.05. For clinical validation, a set of two independent cohort 1 (GSE4024, GSE1898, n = 139) and cohort 2 (GSE14520, n = 247) HCC gene expression profile data were obtained in the Gene Expression Omnibus (GEO) And gene and array centering. All data processing and survival analyzes were performed using R / Bioconductor packages.
4. 세포 산소소비율(4. Cell Oxygen Consumption Rate ( cellularcellular oxygenoxygen consumptionconsumption raterate ; ; OCROCR ) 측정) Measure
미토콘드리아 호흡 활성을 관측하기 위해서, Seahorse XF24 analyzer (Seahorse Bioscience Inc., MA)를 이용하여 OCR을 측정하였다.
To observe mitochondrial respiratory activity, OCR was measured using a Seahorse XF24 analyzer (Seahorse Bioscience Inc., MA).
5. 세포 침습 분석5. Cellular invasion analysis
세포 침습 분석은 미리-코팅된 7% Growth Factor Reduced BD MatrigelTM Matrix (Becton Dickinson Labware, Franklin Lakes, NJ)로 이루어진 TranswellTM Permeable Supports (8-μm pore size; Corning, Acton, MA)를 이용하여 수행하였다.
Cellular invasion assays were performed using Transwell TM Permeable Supports (8-μm pore size; Corning, Acton, MA) with pre-coated 7% Growth Factor Reduced BD Matrigel ™ Matrix (Becton Dickinson Labware, Franklin Lakes, NJ) Respectively.
6. 6. NUPR1NUPR1 shRNAsshRNAs 을 안정적으로 발현하는 세포 클론의 제작Production of cell clones stably expressing
NUPR1 shRNAs를 갖는 재조합 렌티바이러스를 생산하기 위해서, 리포펙타민TM (Invitrogen)을 이용하여, 293T 바이러스 패키징 세포를 NUPR1 shRNA 서열을 포함하는 pLKO.1-puro 플라스미드(Sigma-Aldrich, Saint Louis, MI)로 형질감염시켰다. NUPR1 shRNA 서열은 다음과 같다. NUPR1 #1: 5’-CCGGGGATGAATCTGACCTCTATACCTCGAGCTATAGAGGTCAGATTCATCCTTTTTG(서열번호 1), NUPR1 #2: 5’-CCGGTGGACACTACACCCAGCAATACTCGAGTATTGCTGGGTGTAGTGTCCATTTTTG(서열번호 2), 음성대조군: 5’-CCGGCAACAAGATGAAGAGCACCAACTCGAGTTGGTGCTCTTCATCTTGTTGTTTTT. 형질감염 3일 후, 재조합 렌티바이러스를 포함한 배지를 모아서, 0.45 μm filter unit (Milipore corp., UFC 920008)을 통과시켜 여과하였다. 감염을 촉진시키기 위해, 여과된 배지에 폴리브렌(polybrene, 8 μg/ml, Sigma-Aldrich)을 혼합하였고, 80℃에서 보관하였다. 세포를 재조합 렌티바이러스로 감염시켰고, 8 μg/ml 퓨로마이신(Sigma-Aldrich)으로 shRNAs를 발현하는 클론들을 선별하였다.
To produce recombinant lentiviruses bearing NUPR1 shRNAs, Lipofectamine TM (Invitrogen), 293T virus packaging cells were transfected with a pLKO.1-puro plasmid containing the NUPR1 shRNA sequence (Sigma-Aldrich, Saint Louis, MI). The NUPR1 shRNA sequence is as follows. NUPR1 # 1: 5'-CCGGGGATGAATCTGACCTCTATACCTCGAGCTATAGAGGTCAGATTCATCCTTTTTG (SEQ ID NO: 1), NUPR1 # 2: 5'-CCGGTGGACACTACACCCAGCAATACTCGAGTATTGCTGGGTGTAGTGTCCATTTTTG (SEQ ID NO: 2), the negative control group: 5'-CCGGCAACAAGATGAAGAGCACCAACTCGAGTTGGTGCTCTTCATCTTGTTGTTTTT. Three days after transfection, medium containing recombinant lentivirus was collected and filtered through a 0.45 μm filter unit (Milipore corp., UFC 920008). To promote infection, polybrene (8 μg / ml, Sigma-Aldrich) was added to the filtered medium and stored at 80 ° C. Cells were infected with recombinant lentivirus and clones expressing shRNAs were selected with 8 μg / ml puromycin (Sigma-Aldrich).
7. 재조합 7. Recombination cDNAcDNA 플라스미드의 제작 및 형질감염 Plasmid production and transfection
pcDNA3-NUPR1-HA 및 pcDNA3-GRN-HA를 제작하기 위해서, 전통적인 클로닝 방법을 사용하였다. 간단히 설명하면, 표적 cDNAs를 RT-PCR로 증폭하였는데, 프라이머 세트는 다음과 같다. NUPR1: 5’-TGGATCCACCATGGCCACCTTCCCA 및 5’-TCTCGAGGCGCCGTGCCCCT, GRN: 5’-TGAATTCACCATGTGGACCCTGGTG and 5’-TCTCGAGCAGCAGCTGTCTCAAG. Ch-L 클론의 전체 cDNAs가 NUPR1의 주형으로 사용되었고, 상업적인 pCMV-SPORT6-GRN 플라스미드(Korea Human Gene Bank, Daejeon, Korea)가 GRN의 주형으로 사용되었다. NUPR1 cDNA 단편은 pcDNA3-HA 벡터의 BamHI 및 XhoI 사이트 사이에 삽입되었고, GRN cDNA 단편은 EcoRI 및 XhoI 사이트 사이에 삽입되었다. 삽입된 cDNA 단편들은 DNA 서열분석을 통해 확인되었다.To prepare pcDNA3- NUPR1- HA and pcDNA3- GRN- HA, the traditional cloning method was used. Briefly, target cDNAs were amplified by RT-PCR, with primer set as follows. NUPR1: 5'-TGGATCCACCATGGCCACCTTCCCA and 5'-TCTCGAGGCGCCGTGCCCCT, GRN: 5'-TGAATTCACCATGTGGACCCTGGTG and 5'-TCTCGAGCAGCAGCTGTCTCAAG. The entire cDNAs of the Ch-L clones were used as templates for NUPR1 and commercial pCMV-SPORT6- GRN Plasmid (Korea Human Gene Bank, Daejeon, Korea) was used as a template for GRN . NUPR1 The cDNA fragment was inserted between the BamHI and XhoI sites of the pcDNA3-HA vector, and GRN The cDNA fragment was inserted between the EcoRI and XhoI sites. The inserted cDNA fragments were confirmed by DNA sequencing.
세포 내로 플라스미드를 도입하기 위해서, FuGENE HD (Roche Diagnostics, Indianapolis, IN)를 이용하여 제조사의 지시에 따라 세포를 플라스미드들로 형질감염시켰다.
To introduce the plasmid into the cells, the cells were transfected with plasmids using FuGENE HD (Roche Diagnostics, Indianapolis, Ind.) According to the manufacturer's instructions.
8. 세포 내로 8. Intracellular siRNAsiRNA 의 도입Introduction of
세포 내로 표적 siRNAs를 도입하기 위해서, OligofectamineTM Reagent (Invitrogen)를 이용하여 제조사의 지시에 따라, 세포들은 siRNA duplexes로 형질감염시켰다. 표적 siRNAs는 Bioneer (Seoul, Korea)로부터 제작되었고, 서열은 다음과 같다. NUPR1 #1: 5’-GGAAACUGGUGACCAAGCU(서열번호 3), NUPR1 #2: 5’-CAGACAAAGCGUUAGGAGA(서열번호 4), NFIX #1: 5’-CUCUACAAGUCGCCUCAGU, NFIX #2: 5’-ACUGAGGCGACUUGUAGAG, NFE2L1 #1: 5’-GAGAACGGACGACCCUACU, NFE2L1 #2: 5’-GACGUGGAUACUUACCUGA, GRN #1: 5’-CACAAGCCUUGAAGAGAGA, GRN #2: 5’-GGACAGUACUGAAGACUCU 및 음성 대조군: 5’-CCUACGCCACCAAUUUCGU.
In order to introduce a targeted siRNAs into cells, using Oligofectamine TM Reagent (Invitrogen) according to the manufacturer's instructions, cells were transfected with siRNA duplexes. Target siRNAs were prepared from Bioneer (Seoul, Korea) and the sequence is as follows. NUPR1 # 1: 5'-GGAAACUGGUGACCAAGCU (SEQ ID NO: 3), NUPR1 # 2: 5'-CAGACAAAGCGUUAGGAGA (SEQ ID NO: 4), NFIX # 1: 5'- CUCUACAAGUCGCCUCAGU, NFIX # 2: 5'- ACUGAGGCGACUUGUAGAG, NFE2L1 # 5'-GAGAACGGACGACCCUACU, NFE2L1 # 2: 5'-GACGUGGAUACUUACCUGA, GRN # 1: 5'-CACAAGCCUUGAAGAGAGA, GRN # 2: 5'-GGACAGUACUGAAGACUCU and negative control group: 5'-CCUACGCCACCAAUUUCGU.
9. 프로모터-9. Promoter - 루시퍼라아제Luciferase 리포터 플라스미드의 제작 및 프로모터 분석 Reporter Plasmid Preparation and Promoter Analysis
Ch-L 유전체 DNA에 대한 표적 PCR에 의해 2895bps (-2894 to +58, NG_007886)의 인간 GRN 프로모터 부위를 클로닝하였고, 사용한 프라이머 세트는 다음과 같다. 5’- ATACGCGTCAGAGGAAGGCTCTG 및 5’- GCGAGATCTCCTGGAATGCTGTGTT. 증폭된 GRN 프로모터 부위는 pGL3-basic vector (Promega, Fitchburg, WI)의 BglII 및 MluI 사이트 사이에 삽입되었다. 제작 후, 삽입 프로모터는 DNA 서열분석을 통해 확인하였다.A human GRN promoter region of 2895 bps (-2894 to +58, NG_007886) was cloned by targeted PCR on Ch-L genomic DNA, and the primer set used was as follows. Gt; The amplified GRN promoter site was inserted between the BglII and MluI sites of the pGL3-basic vector (Promega, Fitchburg, Wis.). After production, the insert promoter was confirmed by DNA sequencing.
GRN 프로모터 활성을 관측하기 위해서, FuGENE HD reagent를 이용하여 세포들을 전체 1μg DNA(700ng pcDNA3 또는 pcDNA3-NUPR1-HA, 250ng 클로닝된 리포터 플라스미드 및 내부 대조군으로서 50ng 티미딘 키나제 프로모터-유래 레닐라 루시퍼라아제 플라스미드)로 형질감염시켰다. 2일 후, Dual-Luciferase Reporter Assay System (Promega)과 함께 제공된 프로토콜에 따라 Synergy 2 Multi-Mode Reader (BioTek Instruments, Inc., Winooski, VT)로 세포 추출물의 루시퍼라아제 활성을 측정하였다. 루시퍼라아제 활성은 레닐라 루시퍼라아제 활성에 의해 표준화하였다.
To observe the GRN promoter activity, cells were incubated with FuGENE HD reagent for a total of 1 μg DNA (700 ng pcDNA3 or pcDNA3-NUPR1-HA, 250 ng cloned reporter plasmid and 50 ng thymidine kinase promoter-derived Renilla luciferase Plasmid). Two days later, the luciferase activity of the cell extracts was measured with a
10. 10. 크로마틴Chromatin 면역침전( Immunoprecipitation ( ChromatinChromatin immunoprecipitationimmunoprecipitation ; ; ChIPChIP ) 분석법) Method
ChIP 분석은 ChIP Assay kit protocol (Upstate Biotechnology Inc., Lake Placid, NY)을 약간 변형하여 수행하였다. 간단히 설명하면, 유전체 DNA와 DNA-상호작용 단백질들을 안정적으로 교차결합시키기 위해, 세포를 1% 포름알데히드로 처리하였다. 세포 용해 후, 유전체 DNA를 잘라내기 위해 용해물을 간단히 초음파처리하였고, 13,000 rpm에서 10분 동안 원심분리하였다. 분주물(aliquot) 하나는 입력 대조군(input control)을 위해 남겨두고, 나머지 분주물들은 NUPR1 항체 및 protein-G agarose bead를 사용하여 ChIP에 적용하였다. 용출된 DNA는 DNA extraction kit (Inclone Biotech, Seoul, Korea)를 사용하여 정제하였고, 특이적 프로모터 부위는 다음과 같은 프라이머 세트에 의해 증폭되었다. 부위 1: 5’-CAGAGGAAGGCTCTG 및 5’-CCTGGAATGCTGTGTT, 부위 2: 5’-CTGATTGTAATGATGCTGC 및 5’-ATTACAGGCATGAGCCAC, 부위 3: 5’-GACTAGTACTAGGTCCTCAG 및 5’-GCCTTCGAGGAATTGATATG, 부위 4: 5’-CTGTCCTGCTGAGCAC 및 5’-AGGTCAATAGTGCTGAG, 부위 5: 5’-GTTGTTGAGTCTCAGCAC 및 5’-CAGCGGATAAGACACCTG.
The ChIP assay was performed with slight modification of the ChIP Assay kit protocol (Upstate Biotechnology Inc., Lake Placid, NY). Briefly, to stably cross-link the genomic DNA and DNA-interacting proteins, the cells were treated with 1% formaldehyde. After cell lysis, the lysate was briefly sonicated to cut the genomic DNA and centrifuged at 13,000 rpm for 10 minutes. One aliquot was left for the input control and the remaining fractions were applied to ChIP using NUPR1 antibody and protein-G agarose bead. The eluted DNA was purified using a DNA extraction kit (Inclone Biotech, Seoul, Korea), and the specific promoter region was amplified by the following primer set. Region 1: 5'-CAGAGGAAGGCTCTG and 5'-CCTGGAATGCTGTGTT, Site 2: 5'-CTGATTGTAATGATGCTGC and 5'-ATTACAGGCATGAGCCAC, Site 3: 5'-GACTAGTACTAGGTCCTCAG and 5'- GCCTTCGAGGAATTGATATG, Site 4: 5'-CTGTCCTGCTGAGCAC and 5'- AGGTCAATAGTGCTGAG, Site 5: 5'-GTTGTTGAGTCTCAGCAC and 5'-CAGCGGATAAGACACCTG.
11. 세포질 내 칼슘 수준 측정11. Measurement of intracellular calcium level
세포질 내 칼슘 수준을 측정하기 위해서, Fluo-3 (Molecular probe) 플루오로제닉 탐침을 사용하였다. 간단히 설명하면, 세포들은 2.5 μM Fluo-3가 함유된 배지에서 20분 동안 37℃로 반응시켰다. 염색된 세포들을 씻어냈고, PBS로 재현탁시켰으며, 유세포 분석기(FACS Vantage, Becton Dickinson Corp.)로 분석하였다. 10,000개 세포의 임의 형광 단위의 평균값을 얻어냈고, 대조군과 비교하여 백분율로 나타냈다.
Fluo-3 (Molecular probe) fluorogenic probe was used to measure cytoplasmic calcium levels. Briefly, cells were incubated at 37 ° C for 20 min in media containing 2.5 μM Fluo-3. The stained cells were washed, resuspended in PBS, and analyzed with a flow cytometer (FACS Vantage, Becton Dickinson Corp.). Mean values of random fluorescence units of 10,000 cells were obtained and expressed as a percentage compared to the control.
12. 정량적 실시간 12. Quantitative real-time RTRT -PCR(-PCR ( QuantitativeQuantitative realreal -- timetime RTRT -- PCRPCR ; ; qRTqRT -- PCRPCR ))
전체 RNAs는 Trizol(Invitrogen)을 사용하여 분리하였고, 전체 cDNAs은 AMV reverse transcriptase(Promega)을 사용하여 제조하였다. PCR은 THUNDERBIRDTM SYBRTM qPCR Mix (Toyobo Co., Ltd, Osaka, Japan)를 이용하여 95℃로 15초, 58℃로 30초 및 72℃로 20초를 반복하여 50회 반응을 수행하였다. Bioneer에서 제작된 PCR 프라이머 세트는 다음과 같다. NUPR1, 5’-CTGGATGAATCTGACCTCTA 및 5’-CGCTTCTTCCTCTCTGAATT; NFIX 5’-AGGAGATGCGGACATCAAAC 및 5’-TGTTGTAGTAGCTGGGACTC; NFE2L1, 5’-CTGCTAGTGGATGGAGAGA 및 5’-GCTTCTGTTATGCTGGAAATG; GRN, 5’-TTTACCGTCTCAGGGACTT 및 5’-GGGCATTCGAACTGACTATC; ß-actin, 5'-CCTTCCTGGGCATGGAGTCCTGT 및 5'-GGAGCAATGATCTTGATCTTC. 표적 mRNA 발현은 β-actin mRNA 수준에 의해 표준화되었다.
Total RNAs were isolated using Trizol (Invitrogen) and total cDNAs were prepared using AMV reverse transcriptase (Promega). PCR was carried out 50 times using 95 ° C for 15 seconds, 58 ° C for 30 seconds and 72 ° C for 20 seconds using THUNDERBIRD ™ SYBR ™ qPCR Mix (Toyobo Co., Ltd., Osaka, Japan). The PCR primer set produced by Bioneer is as follows. NUPR1, 5'-CTGGATGAATCTGACCTCTA and 5'-CGCTTCTTCCTCTCTGAATT; NFIX 5'-AGGAGATGCGGACATCAAAC and 5'-TGTTGTAGTAGCTGGGACTC; NFE2L1, 5'-CTGCTAGTGGATGGAGAGA and 5'-GCTTCTGTTATGCTGGAAATG; GRN, 5'-TTTACCGTCTCAGGGACTT and 5'-GGGCATTCGAACTGACTATC; ß-actin, 5'-CCTTCCTGGGCATGGAGTCCTGT and 5'-GGAGCAATGATCTTGATCTTC. Target mRNA expression was normalized by β-actin mRNA levels.
13. 13. 웨스턴Western 블랏Blat 분석 analysis
웨스턴 블랏 분석은 표준 방법에 따라 수행하였다. NUPR1 (sc-23283), GRN (sc-377036) 및 β-actin (sc-1616)에 대한 항체들은 Santa Cruz Biotechnology, Inc. (Dallas, TX)에서 구입하였다. 헤마글루티닌(hemagglutinin; HA, 2367)에 대한 항체는 Cell Signaling Technology, Inc (Danvers, MA)에서 구입하였다. GAPDH (LF-PA0018)에 대한 항체는 AbFrontier (Seoul, Korea)에서 구입하였다. complex I 의 NDUFA9 (A21344), complex II의 flavoprotein (A11142), complex III의 UQCRC2 (A11143), Complex IV의 MTCOII (A6404) 및 complex V의 ATP5A1(A21350)에 대한 항체들은 Molecular Probes Corp. (Eugene, OR)에서 구입하였다.
Western blot analysis was performed according to standard methods. NUPR1 (sc-23283), GRN (sc-377036) and b-actin (sc-1616) were purchased from Santa Cruz Biotechnology, Inc. (Dallas, Tex.). Antibodies to hemagglutinin (HA, 2367) were purchased from Cell Signaling Technology, Inc. (Danvers, MA). Antibodies to GAPDH (LF-PA0018) were purchased from AbFrontier (Seoul, Korea). Antibodies to NDUFA9 (A21344) of complex I, flavoprotein (A11142) of complex II, UQCRC2 (A11143) of complex III, MTCOII (A6404) of complex IV and ATP5A1 (A21350) of complex V were obtained from Molecular Probes Corp. (Eugene, OR).
<< 실시예Example 1> 간암세포에서의 미토콘드리아 호흡 결핍-관련 전사 1> Mitochondrial respiratory deficiency in liver cancer cells - 리프로그래밍Reprogramming 특성 분석 Character analysis
우선, 본 발명자들은 3개의 다른 간암세포주(SNU387, SNU354, and SNU423)의 미토콘드리아 호흡 상태 및 세포 침습 활성을 시험하였다. Ch-L 클론을 분리하였고, 간-특이적 유전자를 갖는 것으로 나타났다. 상기 클론은 활성 미토콘드리아에 대한 대조군으로 사용하였다. SNU387 세포는 Ch-L과 유사한 OCR 활성을 갖는 반면, SNU354 및 SNU423 세포는 OCRs이 감소하였는데, 이는 미토콘드리아 호흡 결핍을 나타내는 것이다(도 1A). 미토콘드리아 호흡 결핍 여부에 대해 확인하기 위해서, 몇몇 미토콘드리아 복합체 단백질들(I, II, III 및 IV)의 발현 수준을 관측하였다. SNU354 및 SNU423는 Ch-L 및 SNU387 보다 낮은 수준으로 미토콘드리아 복합체 단백질을 발현하였다(도 1B). 미토콘드리아 결핍과 악성 간암과의 연관성을 확인하기 위해서, 침습성을 관측하였다. 예상대로, 미토콘드리아 결핍된 세포(i.e., SNU354 및 SNU423 세포)는 SNU387 및 Ch-L 세포보다 침습성이 높았다(도 1C). 종합하면, 상기 결과는 SNU354 및 SNU423 세포가 미토콘드리아 호흡 손상과 관련된 암세포 침습성을 갖는 것으로 밝혀졌는데, 이는 암의 진행에 있어서 미토콘드리아 결핍의 역할을 연구하는데 적절한 모델이 될 수 있다. First, the present inventors examined the mitochondrial respiratory status and cytopathic activity of three different liver cancer cell lines (SNU387, SNU354, and SNU423). Ch-L clones were isolated and found to have liver-specific genes. The clone was used as a control for active mitochondria. SNU387 cells have OCR activity similar to Ch-L, whereas SNU354 and SNU423 cells have decreased OCRs, indicating mitochondrial respiratory deficiency (FIG. 1A). Mitochondrial In order to confirm breathing deficiency, the levels of expression of several mitochondrial complex proteins (I, II, III and IV) were observed. SNU354 and SNU423 expressed the mitochondrial complex protein at levels lower than Ch-L and SNU387 (Fig. 1B). To confirm the association of mitochondrial deficiency with malignant liver cancer, invasiveness was observed. As expected, cells deficient in mitochondria (i.e., SNU354 and SNU423 cells) were more invasive than SNU387 and Ch-L cells (Fig. 1C). Taken together, these results show that SNU354 and SNU423 cells have cancer cell invasion associated with mitochondrial respiratory impairment, which may be a suitable model for studying the role of mitochondrial deficiency in cancer progression.
간암세포에서 미토콘드리아 손상과 연관된 전사체적 조절을 연구하기 위해서, SNU354 및 SNU423 세포에 대한 유전자 발현 프로파일링을 진행하였고, Ch-L 및 SNU387 세포와 1.4 배 차이가 나는 수준을 컷오프로 하여 차등적으로 발현되는 유전자들을 동정하였다. 전체 1,301개의 유전자들이 상향-조절되었고, 1,473개의 유전자들이 하향-조절되었으며(도 1D), 이를 '종양 결핍(tumoral defect)' 유전자로 명명하였다. 기능적 유전자 집합 농축도 분석(gene set enrichment analysis) 결과, 세포 이동(cell migration) 및 세포골격 구성(cytoskeleton organization)과 관련된 유전자들이 SNU354 및 SNU423 세포에서 분명하게 상향-조절되는 것으로 나타났는데(도 1E), 이는 상향-조절된 유전자들이 공격적인 표현형의 습득과 관련되어 있고, 미토콘드리아 결핍에 의해 조절된다는 것을 나타낸다.
Gene expression profiling was performed on SNU354 and SNU423 cells to study transcriptional volume regulation associated with mitochondrial damage in hepatoma cells. Differential expression of the levels of Ch-L and SNU387 cells at cut-off levels 1.4 fold Were identified. A total of 1,301 genes were up-regulated and 1,473 genes were down-regulated (Fig. 1D), which they named the 'tumoral defect' gene. Functional gene set enrichment analysis showed that genes related to cell migration and cytoskeleton organization were clearly up-regulated in SNU354 and SNU423 cells (Figure IE) , Indicating that up-regulated genes are involved in the acquisition of aggressive phenotypes and are regulated by mitochondrial deficiency.
<< 실시예Example 2> 2> CMDCMD 유전자들의 분석 Analysis of genes
1,301개의 상향-조절되는 유전자들로부터 미토콘드리아 호흡 결핍에 의해 직접적으로 조절되는 유전자들을 선택하기 위해서, 본 발명자들은 2개의 추가적인 미토콘드리아 결핍된 세포 조건을 확립하였다: (1) 여러 약학적 미토콘드리아 호흡 억제제에 노출된 세포에 의한 직접 '기능 결핍(functional defect)' 및 (2) mtDNA가 결핍된 ρ0 세포를 이용한 '유전적 결핍(genetic defect)'. 직접 기능 결핍 조건의 유전자 발현 프로파일링 결과, 직접적 호흡 억제에 대하여 131개의 상향-조절된 유전자 및 118개의 하향-조절된 유전자들이 공통적으로 나타났다(도 2A). Rho0 세포 및 모체인 MDA-MB435 세포주와의 유전자 발현 비교 결과, Rho0에서 1,760개의 상향-조절된 유전자 및 1,604의 하향-조절된 유전자가 밝혀졌다(도 2B). 3개의 독립적인 미토콘드리아 결핍 모델(종양 결핍, 기능 결핍 및 유전적 결핍)을 비교하여, 결국 10개의 CMD 유전자(NFIX , SEL1L3 , NFE2L1 , PABPC1L , NUPR1 , HINT3 , PSPH , TGFB1, PPP1R15A 및 TMEM49)를 얻었다(도 2C). 간암세포에서 독립적인 자극에 의해 상기 10개의 유전자들은 미토콘드리아 손상에 대하여 직접적으로 유도될 수 있는 것으로 보인다.To select genes directly regulated by mitochondrial respiration deficiency from 1,301 up-regulated genes, we established two additional mitochondrial deficient cell conditions: (1) exposure to several pharmacological mitochondrial respiratory inhibitors (2) a 'genetic defect' using ρ0 cells deficient in mtDNA. As a result of gene expression profiling of direct functional deficiency conditions, 131 up-regulated genes and 118 down-regulated genes were common for direct respiratory depression (Figure 2A). Comparison of gene expression between Rho0 cells and the parental MDA-MB435 cell line revealed 1,760 up-regulated genes and 1,604 down-regulated genes in Rho0 (Fig. 2B). Three independent mitochondrial deficiency model (tumor deficiency, deficient function and genetic deficiency) was, after ten CMD gene (NFIX, SEL1L3, NFE2L1, PABPC1L, NUPR1, HINT3, PSPH, TGFB1, PPP1R15A comparison And TMEM49 ) (Fig. 2C). By independent stimulation in liver cancer cells, these 10 genes appear to be directly inducible for mitochondrial damage.
CMD 유전자들의 임상적 유의성을 확인하기 위해서, 본 발명자들은 2개의 독립적인 간암 코호트[cohort 1 (GSE4024, n=139) 및 cohort 2 (GSE14520, n=247)]를 이용하여 상기 유전자들의 발현 증가 및 전체 생존율(overall survival; OS) 및 재발 없는 생존율(recurrence-free survival; RFS)과 같은 임상적 결과 사이의 연관성을 분석하였다. CMD 유전자들(ES>1.3, p<0.05)의 농축도 점수(enrichment scores; ES)를 기초로 환자를 계층화한 결과, CMD 유전자들의 발현이 증가한 환자들은 더 낮은 OS (cohorts 1 및 2에 있어서 각각 p=0.025 및 p=0.0005) 및 RFS (cohorts 1 및 2에 있어서 각각 p=0.008 및 p=0.0002)로 좋지 않은 예후를 나타냈다(도 2D 및 도 2E). 상기 결과들은 HCC 진행에 있어 중심 역할을 수행할 수 있는 CMD 특성의 유의적 예후 타탕성을 나타냈다.
To confirm the clinical significance of the CMD genes, we used two independent liver cancer cohorts (cohort 1 (GSE4024, n = 139) and cohort 2 (GSE14520, n = 247) We analyzed the association between clinical outcomes such as overall survival (OS) and recurrence-free survival (RFS). Patients who were stratified based on enrichment scores (ES) of CMD genes (ES> 1.3, p <0.05) showed that patients with increased expression of CMD genes had lower OS (
<< 실시예Example 3> 간암세포의 3> Liver cancer cells 침습성을Invasive 조절하는 Regulated NUPR1NUPR1 , , NFIXNFIX 및 And NFE2L1NFE2L1
CMD 유전자들은 3개의 전사 조절자(transcription regulators; TR)인 NUPR1 , NFIX 및 NFE2L1을 포함한다. 이에, 본 발명자들은 상기 유전자들이 주요 1차 반응 유전자들로서 추가적인 2차 작동자를 유도시켜, 간암세포의 침습 활성을 조절하는 데 중요한 역할을 할 것이라고 예측하였다. qRT-PCR을 이용하여 간암세포에서 3개 TRs의 mRNA 발현 수준을 확인한 후에(도 3A), 본 발명자들은 siRNA-매개 넉다운 후 세포 침습 분석을 수행하여, 암세포의 침습성에 있어서 상기 TRs의 연관성을 확인하였다. TRs의 siRNA-매개 넉다운으로 인해 SNU354 세포의 침습 활성은 상당히 줄어들었다(도 3B 및 도 3C). 개별적인 TR-특이적 siRNAs의 넉다운 효과는 qRT-PCR로 검증하였다. 또한, shRNAs에 의한 TRs의 지속적인 억제 결과도 세포 성장율은 달라지지 않았으나 세포 침습 활성은 상당히 줄어들었다. 이러한 결과는 3개의 TRs가 아마도 2차 작동 분자를 합성함으로써 간암 세포 침습성을 조절하는 미토콘드리아 결핍 반응을 유도하는 주요 1차 인자라는 것을 나타낸다.CMD genes include three transcription regulators (TR), NUPR1 , NFIX and NFE2L1 . Thus, the present inventors predicted that these genes would play an important role in regulating the invasive activity of hepatocellular carcinoma cells by inducing an additional secondary activator as a major first-order reaction gene. After confirming the level of mRNA expression of three TRs in liver cancer cells using qRT-PCR (Fig. 3A), we performed cell-invasion analysis after siRNA-mediated knockdown to confirm the association of TRs in invasiveness of cancer cells Respectively. The siRNA-mediated knockdown of TRs significantly reduced the invasive activity of SNU354 cells (Figure 3B and Figure 3C). The knockdown effects of individual TR-specific siRNAs were verified by qRT-PCR. In addition, continuous inhibition of TRs by shRNAs did not change the cell growth rate, but the cellular invasion activity was significantly reduced. These results indicate that the three TRs are probably the major primary factors in inducing mitochondrial deficiency responses that regulate hepatocellular invasiveness by synthesizing secondary working molecules.
3개의 CMD TRs 중, NUPR1은 악성 종양 전이 및 화학치료 내성에 있어 종종 언급되고 있다. 하지만, NUPR1 및 미토콘드리아 결핍 간에 직접적인 연관성은 명확히 밝혀지지 않았다. 이에, 본 발명자들은 NUPR1 및 미토콘드리아 결핍 간의 분자적 연관성을 밝히고자 하였다. 손상된 미토콘드리아로부터의 칼슘 및 ROS 방출은 주요 역신호(retrograde signal) 개시제로서 알려져 있다. 하지만, Ch-L 클론을 외인성 H2O2 (200 μM)에 6시간 동안 노출시켰을 때, NUPR1 mRNA는 유도되지 않았고, 단지 노출 3일 후 외인성 ROS에 의해 촉발되는 미토콘드리아 결핍만 증가하였는데, 이는 ROS가 NUPR1 전사의 직접 조절자는 아니라는 것을 나타내는 것이다. 따라서, 본 발명자들은 NUPR1 발현에 있어 Ca++의 연관성을 확인하였다. 미토콘드리아 결핍된 침습성 SNU 간암세포(SNU354 및 SNU423 세포)는 미토콘드리아 활성화된 다른 세포들보다 세포질 내 Ca++ 수준이 더 높았다(도 3D). SNU387 세포(활성화된 미토콘드리아를 가진 낮은 세포질 내 칼슘 수준)에 세포질 내 Ca++을 증가시키는 것으로 알려진 칼슘 이온운반체인 A23187을 20 μM 처리하였을 때, NUPR1 mRNA 발현은 상당히 증가되었다(도 3E). 반대로, 막-침투 칼슘 소거제인 5 μM BAPTA-AM을 이용하여, SNU354 세포에서 세포질 내 Ca++을 제거한 결과, NUPR1 mRNA 발현은 상당히 감소하였다(도 3F). 이러한 결과는 침습성 SNU 간암세포에 있어서 NUPR1 전사가 미토콘드리아 결핍-매개 Ca++ 신호전달에 의해 조절된다는 사실을 뒷받침한다.
Of the three CMD TRs, NUPR1 is often mentioned in malignant tumor metastasis and chemotherapy tolerance. However, a direct association between NUPR1 and mitochondrial deficiency is not clear. Accordingly, the present inventors sought to reveal the molecular relationship between NUPR1 and mitochondrial deficiency. Calcium and ROS release from damaged mitochondria are known as major retrograde signal initiators. However, when the Ch-L clone was exposed to exogenous H 2 O 2 (200 μM) for 6 hours, NUPR1 mRNA was not induced and only mitochondrial deficiency induced by exogenous ROS after 3 days of exposure increased, Is not a direct modulator of the NUPR1 transcription. Therefore, the present inventors confirmed the involvement of Ca ++ in NUPR1 expression. Invasive SNU liver cancer cells (SNU354 and SNU423 cells) deficient in mitochondria were more cytosolic Ca ++ than other mitochondrial activated cells (FIG. 3D). SNU387 cells are known to increase the cytoplasmic Ca ++ in the (low cytosolic calcium levels with active mitochondria) when hayeoteul calcium ionophore A23187 in a 20 μM treatment, NUPR1 mRNA expression was significantly increased (Fig. 3E). In contrast, the removal of cytoplasmic Ca ++ from SNU354 cells using 5 uM BAPTA-AM, a membrane-infiltrating calcium scavenger, significantly reduced NUPR1 mRNA expression (Fig. 3F). These results support the fact that NUPR1 transcription is regulated by mitochondrial deficiency-mediated Ca ++ signaling in invasive SNU liver cancer cells.
<< 실시예Example 4> 4> NUPR1NUPR1 의 주요 전사 하류 표적으로서의 As the main transcription downstream target 그래뉼린Granular (( GranulinGranulin ; GRN); GRN)
다음으로, 본 발명자들은 간암세포 침습성의 조절에 있어서, 어떤 분자들이 NUPR1의 하류 작동자(downstream effectors)로서 유도되는지 밝히고자 하였다. 높은 NUPR1 발현을 보이는 SNU354 세포를 NUPR1 siRNA로 형질감염시켰고, 유전자 발현 프로파일링에 적용하였다. siRNA-매개 NUPR1 넉다운은 NUPR1 mRNA 수준을 효과적으로 감소시켰다. 유전자 발현 프로파일링 결과, 26개의 유전자들이 1.4 배 이상의 차이를 보이며 공통적으로 하향 조절되었는데, 이는 상기 유전자들이 NUPR1의 추정적인 하류 표적들임을 나타낸다(도 4A). 26개의 유전자들 중에서 가장 가능성 있는 표적을 정확히 찾아내기 위해서, Cytoscape plugin이 실행된 GeneMAINA software를 이용하여 네트워크 분석을 수행하였다(도 4B). NUPR1과 네트워킹된 가능성 있는 표적 유전자들 중에서, 4개의 유전자(LBP , DHRS3 , SDS 및 GRN)가 가장 높은 상호작용을 하는 파트너인 것으로 확인되었는데, 이는 NUPR1 표적으로서의 기능적 관련성을 밝혀낸 것이다.Next, the present inventors sought to clarify which molecules are induced as downstream effectors of NUPR1 in the control of hepatocellular invasiveness. High NUPR1 SNU354 cells expressing < RTI ID = 0.0 > NUPR1 & siRNA and applied to gene expression profiling. siRNA-mediated NUPR1 Knockdown is NUPR1 mRNA levels were effectively reduced. Gene expression profiling revealed that 26 genes were down-regulated in common with a difference of 1.4-fold or more, indicating that these genes are putative downstream targets of NUPR1 (FIG. 4A). To pinpoint the most likely target of the 26 genes, a network analysis was performed using the GeneMAINA software running Cytoscape plugin (FIG. 4B). Of the possible target genes that are networked with NUPR1 , four genes ( LBP , DHRS3 , SDS And GRN ) were found to be the highest interacting partners, suggesting that NUPR1 And the functional relevance as a target.
상기 4개의 유전자들 중에서, GRN은 간암을 포함한 많은 암 형태에서 높게 발현되어 종양 형성 활성을 갖는 것으로 최근 보고되었다. 이에, 본 발명자들은 GRN이 NUPR1의 기능성 하류 표적인지 확인하였다. shRNA에 의한 NUPR1의 넉다운 결과, 침습성 SNU354 세포에서 GRN 발현은 mRNA 및 단백질 발현 수준 모두 감소되었다(도 4C 및 4D). 반대로, SNU387 세포에서 NUPR1의 과발현은 GRN 발현을 효과적으로 증가시켰는데(도 4E), 이는 GRN이 NUPR1의 하류 전사 표적이라는 것을 나타낸다. 또한, 본 발명자들은 GRN 발현이 Ca++-매개 NUPR1 발현에 의해 조절되는지 확인하였다. SNU387 세포에서 A23187을 처리하여 세포질 내 Ca++ 수준을 증가시키면, GRN mRNA 발현이 명확하게 증가되었다(도 5A). SNU354 세포(높은 세포질 내 Ca++ 수준 및 GRN 발현수준)에서 A23187을 추가적으로 처리하면, GRN 전사를 더 향상시켰으나, 미미한 수준이었다. 하지만, 이 정도의 증가 수준도 NUPR1 넉다운에 의해서는 나타나지 않았는데(도 5B), 이는 GRN 발현에 있어 칼슘-매개 NUPR1 전사가 관련되어 있다는 것을 나타낸다. Among the above four genes, GRN has recently been reported to be highly expressed in many cancer types including liver cancer and having tumorigenic activity. Thus, the present inventors have confirmed that GRN is a functional downstream target of NUPR1 . Knockdown of NUPR1 by shRNA resulted in a reduction in both GRN expression and mRNA and protein expression levels in invasive SNU354 cells (FIGS. 4C and 4D). Conversely, overexpression of NUPR1 in SNU387 cells was inhibited by GRN (Figure 4E), indicating that GRN is a downstream target of NUPR1 . In addition, we have determined that GRN expression is regulated by Ca ++ -mediated NUPR1 expression. When A23187 was treated in SNU387 cells to increase intracellular Ca < ++ > levels, GRN mRNA expression was clearly increased (Fig. 5A). SNU354 cells (high intracellular Ca < ++ > level and GRN Gt; A23187 < / RTI > at the < RTI ID = 0.0 & The warrior was further improved, but it was minimal. However, increased levels of the degree of NUPR1 But not by knockdown (Figure 5B), indicating that GRN The expression of calcium-mediated NUPR1 Indicating that the warrior is involved.
간암세포 침습성에 대한 GRN의 관련성을 확인하기 위해서, SNU354 세포에서 GRN을 넉다운하여 세포 침습 분석을 수행하였다. shRNA에 의한 GRN 넉다운은 SNU354 세포의 침습 활성을 상당히 감소시켰다(도 5C). 반대로, SNU354 세포에서 GRN을 과발현시키면 침습 활성이 더 증가하였고, NUPR1 넉다운에 의해 억제되었던 침습성이 효과적으로 회복되었다(도 5D). 이러한 결과들은 NUPR1-매개 간암세포 침습성이 GRN 발현을 통해 나타난다는 것을 보여준다.
In order to confirm the relevance of GRN to liver cancer cell invasion, GRN was knocked down in SNU354 cells and cell invasion analysis was performed. GRN knockdown by shRNA significantly reduced the invasive activity of SNU354 cells (Figure 5C). In contrast, overexpression of GRN in SNU354 cells further increased invasive activity, while NUPR1 The invasiveness inhibited by knockdown was effectively restored (Fig. 5D). These results NUPR1 - mediated liver cells are invasive GRN Expression. ≪ / RTI >
<< 실시예Example 5> -2033 내지 -1547의 5 > -2033 to -1547 GRNGRN 프로모터 부위에 결합하여 Binding to the promoter site GRNGRN 전사를 조절하는 Regulate the warrior NUPR1NUPR1
GRN 전사에 있어 NUPR1의 조절 기작을 좀 더 밝히기 위해서, NUPR1 단백질이 GRN 프로모터 활성을 조절하는지 확인하였다. 프로모터 활성을 측정하기 위해서, 본 발명자들은 전사 개시 사이트가 포함된 2,894 bp의 GRN 상류 프로모터 부위를 가진 루시퍼라아제 리포터 플라스미드를 제작하였다(도 6A). SNU354 세포를 상기 리포터 플라스미드로 형질감염시키면, GRN 프로모터 부위는 루시퍼라아제 전사를 충분히 활성화시켰다. 활성화된 GRN 프로모터 활성은 NUPR1 넉다운에 의해 상당히 억제되었고, NUPR1의 재발현에 의해 회복되었다(도 6B). 프로모터 부위 내 NUPR1 결합 사이트를 지도화하기 위해서, SNU354 세포를 이용하여 각각 4개의 다른 GRN 프로모터 부위에 대하여 NUPR1 항체로 ChIP 분석을 수행하였다(도 6A, 아래). SNU387 세포에 비하여, SNU354 세포에서 NUPR1은 프로모터 부위 2에 강하게 결합하였고, 부위 1 및 3에 약하게 결합하였다(도 6C). 따라서, 본 발명자들은 부위 1 및 3과 겹치지 않는 부위 2 내의 특정 부분(-2006 내지 -1590)에 중요한 NUPR1 결합 사이트가 존재할 것으로 추정하였다. NUPR1 결합에 관련된 서열은 명확히 밝혀지지 않았지만, NUPR1은 A/T-rich 서열[예를 들면, (TATT)n 또는 (AATA)n]과 결합하는 높은 이동성 그룹(high mobility group; HMG) I/Y-유사 단백질인 것으로 밝혀졌다. 이에, 본 발명자들은 5개의 AATA 또는 TATT 유닛이 분산되어 있고, 56%의 A/T-rich 서열을 가진, 부위 5 (-2033 내지 -1547)를 선택하였고, ChIP 분석에 이를 적용하였다. 상기 부위는 NUPR1와 충분히 결합하였다(도 6C). 마지막으로, 본 발명자들은 SNU354 세포에서 부위 5와 NUPR1의 결합이 NUPR1 넉다운에 의해 상당히 감소하는 것을 확인하였다(도 6D). 이러한 결과는 발현 증가된 NUPR1은 GRN 프로모터, 특히 -2033 내지 -1547 부위에 결합하여 GRN의 전사를 활성화시킨다는 것을 나타낸다.
GRN To further elucidate the regulatory mechanism of NUPR1 in transcription, NUPR1 protein is expressed in the GRN promoter Activity. To measure the promoter activity, the present inventors produced a luciferase reporter plasmid having a promoter region of 2,894 bp upstream of the GRN containing a transcription initiation site (Fig. 6A). When SNU354 cells were transfected with the reporter plasmid, the GRN promoter site fully activated luciferase transcription. The activated GRN promoter activity was NUPR1 Significantly restrained by knockdown and restored by re-expression of NUPR1 (Figure 6B). To map the NUPR1 binding sites in the promoter region, ChIP analysis was performed with NUPR1 antibodies on four different GRN promoter sites using SNU354 cells (Fig. 6A, below). Compared to SNU387 cells, NUPR1 in SNU354 cells bound strongly to
<< 실시예Example 6> 인간 6> Human HCCHCC 에서 미토콘드리아 결핍과 With mitochondrial deficiency NUPR1NUPR1 및 And GRNGRN 의 발현 Manifestation of 증가와 의With increasing 관련성 relevance
마지막으로, 본 발명자들은 23개의 인간 HCC 샘플 및 그 주변 비-종양 조직을 이용하여 미토콘드리아 결핍이 상기 유전자의 동시-발현 증가와 관련되어 있는지 확인하였다. 미토콘드리아 활성은 complex I subunit 및 complex V subunit의 단백질 수준에 의해 결정되었다. 또한, 본 발명자들은 미토콘드리아 발현 감소가 당분해 활성화 또는 전체적인 대사 억제와 정말로 관련되어 있는지 알아내기 위해서, 암에서 발현이 증가하는 것으로 보고된 당분해효소인 글리세르알데히드 3-포스페이트 디하이드로게나아제(glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase; GAPDH)의 발현 수준을 확인하였다. 23개의 케이스 중, 8개가 GAPDH 유도된 미토콘드리아 결핍을 나타냈고, 4개는 미토콘드리아 발현이 증가하였으며, 11개는 전체적인 대사 활성이 억제된 것으로 나타났다(도 7A 및 7B). GRN 및 NUPR1 mRNA 수준을 스크리닝한 결과, 오직 4개의 케이스만이 동시-발현이 증가되었다(도 7B). 상기 4개의 케이스 중, 3개는 미토콘드리아 결핍과 밀접하게 관련되어 있었다(도 7C). 이러한 결과는 당분해 활성화를 동반하는 미토콘드리아 결핍은 NUPR1 및 GRN의 동시-발현과 연관되어 있다는 것을 나타냈으며, 또한 NUPR1이 당분해 유전자의 발현에 관련될 수도 있다는 것을 나타낸다.
Finally, we used 23 human HCC samples and their surrounding non-tumor tissues to determine whether mitochondrial deficiency is associated with increased co-expression of the gene. Mitochondrial activity was determined by the protein levels of complex I subunit and complex V subunit. The inventors have also found that glyceraldehyde (glyceraldehyde), a glyceraldehyde enzyme that has been reported to increase expression in cancers, has been shown to decrease the expression of mitochondria in glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH). Of the 23 cases, 8 showed GAPDH-induced mitochondrial deficiency, 4 showed increased mitochondrial expression, and 11 showed reduced total metabolic activity (FIGS. 7A and 7B). GRN And NUPR1 Screening of mRNA levels showed that only four cases increased co-expression (Figure 7B). Three of the four cases were closely related to mitochondrial deficiency (Figure 7C). These results suggest that the mitochondrial deficiency associated with sugar activation is NUPR1 And GRN , and also indicates that NUPRl may be involved in the expression of the sugar-sugar gene.
<110> AJOU UNIVERSITY INDUSTRY-ACADEMIC COOPERATION FOUNDATION
<120> Biomarker composition for diagnosing cancer with mitochondrial
dysfunction comprising NUPR1 and method for diagnosing cancer
using the same marker
<130> ADP-2015-0147
<160> 4
<170> KopatentIn 2.0
<210> 1
<211> 58
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> NUPR1 shRNA
<400> 1
ccggggatga atctgacctc tatacctcga gctatagagg tcagattcat cctttttg 58
<210> 2
<211> 58
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> NUPR1 shRNA
<400> 2
ccggtggaca ctacacccag caatactcga gtattgctgg gtgtagtgtc catttttg 58
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<212> DNA
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ggaaacuggu gaccaagcu 19
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<213> Artificial Sequence
<220>
<223> NUPR1 siRNA
<400> 4
cagacaaagc guuaggaga 19
<110> AJOU UNIVERSITY INDUSTRY-ACADEMIC COOPERATION FOUNDATION
<120> Biomarker composition for diagnosing cancer with mitochondrial
dysfunction of NUPR1 and method for diagnosing cancer
using the same marker
<130> ADP-2015-0147
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Claims (16)
(2) 상기 NUPR1 유전자의 mRNA 발현 수준 또는 상기 유전자가 코딩하는 단백질의 발현 수준을 대조군 시료와 비교하는 단계; 및
(3) 상기 NUPR1 유전자의 mRNA 발현 수준 또는 상기 유전자가 코딩하는 단백질의 발현 수준이 대조군 시료보다 높을 경우 미토콘드리아 기능 저하된 암으로 판단하는 단계를 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법.(1) measuring the mRNA expression level of the NUPR1 gene or the expression level of the protein encoded by the gene from the cancer patient sample;
(2) comparing the mRNA expression level of the NUPR1 gene or the expression level of the protein encoded by the gene with a control sample; And
(3) determining that the mRNA expression level of the NUPR1 gene or the expression level of the protein encoded by the gene is higher than that of the control sample, and determining the cancer as a mitochondrial dysfunctional cancer, Way.
상기 시험물질을 접촉한 암세포에서 NUPR1 단백질의 발현 또는 활성 정도를 측정하는 단계; 및
대조구 시료와 비교하여 상기 NUPR1 단백질의 발현 또는 활성 정도가 감소한 시험물질을 선별하는 단계를 포함하는 미토콘드리아 기능 저하된 암 치료제 스크리닝 방법.Contacting the test substance to the cancer cells;
Measuring the level of expression or activity of NUPR1 protein in cancer cells in contact with the test substance; And
Selecting a test substance having decreased expression or activity level of the NUPR1 protein as compared with a control sample.
16. The method for screening a mitochondrial function-reducing cancer therapeutic agent according to claim 15, wherein the cancer is liver cancer.
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