암치료를 위한 세포 노화 활용 / 항암제 저항성 회피

Exploiting cellular senescence to treat cancer and circumvent drug resistance

사람의 암은 고유하고 산발적인 유전적/후천적 변화로 인해 발생할 수 있다. 이 변화는 결과적으로 종양억제와 pro-apoptotic 유전자의 기능을 억제한다. 대부분 암은 양성 종양으로 발생하는데, 차후 추가적인 유전적/후천적 변화에 따라 악성과 전이성으로 된다. 최근 연구에서, 종양형성을 막는 다양한 종양 억제 mechanisms과 항암 활동에 초점을 두고 있다. 이 가운데, 세포 노화는 종양 initiation 조절뿐만 아니라 종양 생성과 유지를 포함하는 중요한 종양생성 조절 machanism으로써 알려져 있다. 세포 노화는 또한 암 재발과 약 저항성과 관련한 유전독성 항암치료제의 반응에서 관찰되었다. 그러므로 화학치료로 유도된 노화의 조절의 이해는 우리를 다양한 암에 대항한 합리적이고 타겟화되는 치료를 이룰.
이 논문에서 세포 노화의 주요 3가지 형태의 조절과 mechanisms에 대해 설명하였다.
replicative senescence(RS), oncogene-induced senescence(OIS), accelerated cellular senescence(ACS)
또한, 암의 세포 노화의 역할과 높은 처리의 유전학을 기초로 하는 노화의 조절을 확인하기 위한 실험방법을 토론하고 있다.
마지막으로 다양한 암에 대한 실행가능한 암치료는 아니지만 대체적으로 타겟화할 수 있는 세포 노화를 강조하였다. 

Introduction
세포 노화는 비가역적인 특징으로 세포주기가 멈춰있다. 심지어 mitogenic agents를 이용한 처리는 세포 주기 도입과 분화에서 실패하였다. 세포 노화는 Hayflick 와 Moorehead에 의해 설명되었다. 사람 이배체 fibroblast 세포는 배양 시 유한한 생명을 갖으며 차후 분화와 세포주기가 멈추는 것을 발견하였다. 이 발견을 기초로 이 현상은 'Hayflick limit' 라고 언급되고 있다.
세포 노화는 일시적으로 세포주기가 멈춘 세포와 구별되는 몇가지 특징이 있다.
B-galactosidase activity(SA-B-gal) 관련, heterochromatin foci(SAHF)관련, 염색질 내 p16 발현과 HMGA 1/2 protein 축적이 있다. in vivo와 in vitro에서 노화 세포를 확인하기 위해 사용된다. 연구 초기 replicative senescence(RS)는 각 세포 분화 시에 지속적인 telomeres의 shortening에 의해 야기되었다.
1990년 후기, Lowe 실험실에서는 primary diplid human or mouse fibroblast 세포에서 활성된 oncogenes의 발현이 역설적으로 노화같은 상태를 유도했다. 세포적 노화의 형태는 표현형적으로 Hayflick 와 Moorehead에 의해 관측된 노화와 유사하였고 더 빠르고 telomere 감소와는 독립적이다. -> oncogene-induced senescence (OIS)
OIS는 종양 변형을 막는 벽과  같은 역할을 하며 OIS의 우회는 악성 종양형성을 위한 전제조건이다라고 제안하였으며 실험적으로 확인하였다.
accelerated cellular senescence(ACS)는 또 다른 형태의 노화로 primary human cell과 cancer cell에서 모두 관측되었다. 특정 화학항암제 또는 다른 genotoxic stress의 처리한 세포는 표현형적으로 OIS와 유사한 노화를 보였다. apoptosiss-competent와 apoptosis-defective 세포 모두에서 성장 억제의 독립적 mechanisms로써 ACS은 기능한며, cancer chemotherapy에 대하여 매우 중요하다. ACS를 극복한 암 세포는 암 재발과 약에 대한 저항성을 갖는다고 제안한다. ACS는 유전독성 스트레스 노출과 암이 되는 허용의 광대한 축적 DNA damage를 갖는 세포의 clearance mechanisms으로 역할할 것이라는 타당한 가설이 있다.
위에서 언급된 세포놔화의 형태의 조절과 메카니즘/ 사람 암에서의 역할, 세포 노화의 새로운 조절자를 확인하고 활용하기 위한 방법론을 얘기할 것이다.

Replicative Senescence
사람 세포는 유한한 생명 주기를 갖는다. 이 세포 배양에서의 성장에 대한 제한 능력은 세포 노화의 결과이다. 이는 텔러미어, 즉 말단소체의 dysfunction 때문인데 이는 DNA damage response(DDR)이라 불리는 복잡한 pathway를 가져오고 이는 비가역적 세포 주기 정지와 노화를 이끌게 된다.
Telomeres and maintenance of telomere length.
말단소체는 DNA-protein 구조물로서 chromosome ends를 DNA repair 과정에 의한 분해 또는 end-to-end fusion으로 부터 방어한다. 즉, telomeres는 유전적 안정성 유지와 세포 생존에 중요한 역할을 한다.
작거나 비작동 말단소체를 갖는 세포는 노화나 괴사의 과정의 활성으로 인해 성장이 멈추게 된다.
사람의 telomere 는 TTAGGG가 반복되는 ~5-15kb를 포함하고 shelterin이라 불리는 6개의 서브유닛 단백질 복합체가 이 반복 부분에 부착하여 텔러미어 길이와 작동을 조절한다. telomeric repeat-binding factor1(TRF1), TRF2, TRF1-interacting nuclear factor2(TIN2), protection of telomeres1(POT1), the POT1 and TIF2-interacting protein(TPP1), the transcriptional repressor/activator protein(RAP1).

텔러미어의 길이는 텔러미어라제 또는 alternative lengthening of telomeres(ALT)라 불리는 메커니즘에 의해 유지된다. 사람 텔러미어는 telomerase reverse transcriptase(hTERT), RNA 부분은 telomerase RNA(hTR), 그리고 악세서리 요소인 EST1A/B와 dyskerin complex라 불리는 촉매적 서브 유닛으로 구성된다.
hTERT는 telomeric repeats를 주형으로 hTR을 사용하기위해 chromosome ends에 추가한다. hTR은 hTR이 DYSKERIN, NOP10, NHP2, GAR1으로 구성된 dyskerin complex와 연결되기 위해 a box H/ACA motif를 포함한다.
비록 대부분의 암세포는 텔러머라제를 텔러미어를 유지시키기 위해 사용하지만 어떤 세포의 경우 ALT 메커니즘을 사용한다. ALT는 telomeric DNA의 상동 재결합과 연관된 복제에 의해 테러미어의 길이를 수반한다. 이 메커니즘은 텔러머라제가 없는 경우 특정 종양세포 라인에서 발견되었고 soft tissue sarcomas를 포함한 astrocytic brain tumors와 osteosarcoma에서 주로 사용된다.

Mechanisms of telomere erosion mediated senescence.
텔러미어 소모는 두 메카니즘에 의해 야기된다. telomere uncapping/ telomere shortening. 이 두 메카니즘은 DSB와 DDR 활성에 의해 텔러미어의 부작용을 가져오게 된다. TRF2나 POT1의 결핍은 chromosome ends의 uncapping과 DDR활성을 가져왔다. TRF2는 DDR signaling kinase ATM에 부착하여 ATM활성을 막는다. 반면, POT1은 ATR kinase signaling과 연관된 활성을 막는다. TRF2와 POT1의 결핍 상태에서의 ATM과 ATR 활성은 CHK1/2 kinases의 phosphorylation을 이끈다. 이 모든 signaling은 p53을 조절하며 p53의 전사활성의 증가를 가져온다. 활성된 p53은 cyclin-dependent kinase(CDK) inhibitor p21을 조절하고 이는 세포주기 정지와 노화를 이끈다. p53은 또한 FAS, BAX, PUMA를 조절하여 apoptosis pathway도 활성화 시킨다. 비정상 텔러미어 반응에 의해 어떤 세포는 노화로 어떤 세포는 apoptosis로 가는지는 아직 불명확하다.
DNA 복제 시 3' end of the lagging 합성을 완벽하게 할수 없기 때문에 매번 세포 분화 후에 테러미어는 과정적으로 짧아지게 된다. 세포는 제한되거나 감지할수 없는 테러머자제 활성을 가지기 때문에 짧아지는 텔러미어는 대부분 체세포에서 발생한다.
이 반은은 초기에 G1 checkpoint pathway의 활성에 의해 조절되고, 빠른 p53의 활성과 p21발현에 의해 야기된다.
DNA damage는 또한 p16발현을 유도한다. p16과 p21는 강한 CDK inhibitor로 의 활성은 RB의 phosphorylation의 감소를 이끌고 결과적으로 세포주기정지와 노화를 유도한다. 
Role of telomere and telomerase in orginismal aging.
많은 연구에서 텔러미어의 길이와 aging은 역관계라고 알려져 있다. DKC(dyskeratosis congenita), 선천성이상각화증 같은 질병은 텔러미어 부작용과 연관이 있고 노화촉진과 텔러미어 침식의 증가된 비율에 의해 특정지어 진다. 텔러머라제 활성의 결핍이 있는 쥐에서는 짧은 텔러미어와 빠른 노화가 있었다. 텔러머라제의 암 촉구 활성 때문에, 텔러머라제의 anti-aging effect는 아직까지 설명되지 않았다. 
Therapeutic intervention to treat cancer by targeting telomere biology.
정상세포에서 세포 주기 체크 포인트는 온전하고 텔러미어 소모는 결국 이 체크포인트의 활성을 하면서 노화나 괴사를 가져온다. 반대로, 암세포에서는 체크포인트 유전자의 돌연변이와 텔러머라제 활성이 증가한다. 노화를 버서나고 무한한 삶을 위해 암세포는 텔러머라제를 필요로 하고 이는 암에 대한 attractive한 타겟으로 할 수 있다.
텔러머라제를 타겟으로 한 다양한 방법들이 개발되고 있다. active telomerase immunotherapy는 현재 임상개발 중이며 텔레머라제 양성인 종양세포에 대하여 환자의 면역 시스템을 증진시키고자 디자인되었다. GV1001과 GRNVAC1 같은 약품들은 임상 3단계 실험 중이다.