세포 사멸은 주로 세 가지 유형으로 분류되며, 이는 각각 Apoptosis, autophagic cell death, 그리고 nonlysosomal vesiculate degradation으로 알려져 있다. Apoptosis는 세포 축소, chromatin 응축, nucleosomal DNA 분해와 조각화 등을 통해 잘 알려져 있으며, 이는 capase family에 의해 조절된다. Autophagic cell death는 세포 내에서 autophagic vesicle을 생성하여 macromolecule을 분해하는 특징을 나타낸다. 마지막으로, nonlysosomal vesiculate degradation는 세 번째 유형이다. Autophagy 억제는 암 발전에 중요한 요소로 보이며, 세포 배양 연구를 통해 암세포에서는 정상 세포에 비해 autophagy 활성과 autophagic vesicle 생성이 억제되는 것이 확인되었다. 따라서, oncogene과 oncosupperssor들이 p53, mTOR, 그리고 class III PI3K signaling을 통해 autophagy를 조절하고, 이들 유전자와 단백질의 발현 및 신호를 조절하는 연구를 통해 새로운 항암 성분을 규명할 수 있을 것으로 보인다.
<h1>Programmed cell death의 비교</h1> <p>1960 대에 세포사멸에 대한 세포구조 변형의 차이가 관찰되어 Programmed cell death의 용어가 necrosis와 구분되어 사용되어 오다 1972 년 Kerr 등 (1972)에 의하여 Programmed cell death의 유사명으로 apoptosis의 용어가 제안되어 Programmed cell death를 총칭하여 사용되어 왔다. 그러나, 1990 년 Clarke (1990)에 의하여 세포사멸에 대한 morphology를 기준으로 하여 4가지 type의 cell death가 제안되어 현재까지 Programmed cell death를 세분하여 연구되고 있다 (Gozuacik and Kimchi 2004).</p> <p>첫번째 type으로 type I 또는 apoptosis로 일컬어 지고 있는 것으로 cell shrinkage, chromatin condensation, nucleosomal DNA degradation 및 fragmentation의 대표적인 세포형태가 나타나는 이른바 'apoptotic bodies'의 형성으로 capase family에 의하여 조절되는 것으로 보고되고 있다.</p> <p>두번째 type으로 type Ⅱ 또는 autophagic cell death로 일컬어 지고 있으며, 세포내에서 autophagic vesicle을 형성하여 lysosomal system과 유사하게 세포내 macromolecule을 degradation하는 특징을 나타낸다. 세포내에 autophagic vesicle (autophagosome)의 형성이 촉진되면 부분적인 chromatin condensation이 apoptosis와 유사하게 나타나나, DNA fragmentaion은 관찰되지 않으면서 세포사를 유도하여 self-eating의 뜻을 나타내는 autophagy의 용어로 정립되었다.</p> <p>세번째 type으로 type Ⅲ가 있으며 이는 nonlysosomal vesiculate degradation으로 정의 되고 있다. Type Ⅲ programmed cell death는 다시 type ⅢA와 type ⅢB로 구분되는데 nonlysosomal degradation과 cytoplasmic type of degeneration으로 나타낼 수 있다 (Clarke 1990).</p> <p>이 가운데 type I과 type Ⅱ인 apoptosis와 autophagy의 nucleus 및 cytoplasm의 형태변화 및 현재 주로 사용되고 있는 시험방법이 Table 2 에 나타나 있다. Nucleus의 특징적인 차이점은 apoptosis의 경우 DNA laddering과 nuclear fragmentation 및 chromatin condensation이 관찰되는 반면 autophagy에서는 DNA laddering이 관찰되지 않으며 chromatin의 경우 부분적인 condensation이 관찰되는 것으로 보고되어 있다 (Gozuacik and Kimchi 2004). 현재까지 autophagy system을 평가하기 위한 방법으로 현미경을 통한 세포형태의 관찰을 비롯하여 long-lived protein에 대한 degradation assay, monodencylcadaverine (MDC) 등의 방법이 개발되었으며, 이들 assay법으로 부터 천연자원식물의 autophagy system 유도물질을 규명할 수 있을 것으로 사료된다 (Table 2).</p> <h1>Autophagy와 암세포</h1> <p>1970 년대에서 1980 년대까지 autophagy 활성과 세포의 malignant transformation과의 연관성에 대한 연구가 진행되었다. 특히 정상세포에 비하여 암세포에서는 autophagy의 활성이 매우 약하게 발현되고 있는 것으로 보고되고 있으며, 암세포의 성장환경 중 세포가 매우 밀집되거나 serum 및 아미노산이 결핍되었을 경우 autophagy의 활성이 증가되어 세포사를 유도할 수 있을 것으로 보고된 바 있다. 즉 transformed cell의 경우 nutrient 및 serum의 결핍 상태에서 autophagy가 활성화되어 protein이 degradation되어 세포사가 나타나는 것으로 많은 연구자에 의하여 관찰되었다 (Gunn et al. 1977; Lockwood and Minassian 1982; Cockle and Dean 1984; Gronostajski and Pardee 1984; Knecht et al. 1984).</p> <p>Carcinogenesis에 대한 동물시험에서 또한 autophagy 능력이 억제됨이 확인되었다. Chemical carcinogen으로 유도된 Preneoplastic 간조직에서 분리된 세포 및 primary hepatocelluar carcinomas에서 정상세포에 비하여 autophagy 형성이 억제됨이 보고되었으며, hepatocelluar carcinomas로부터 분리된 autophagic vesicle에서 lysosomal enzyme의 활성이 억제되어 있음이 보고되었다 (Schwarze and Seglen 1985;Canuto et al. 1993; Kisen et al. 1993; Ahlberg et al. 1987;Yucel et al. 1989). 이상의 연구보고에서 autophagy 활성의 억제는 암의 발달과정에서 매우 중요한 인자로 판단되어지며, 세포배양을 통한 연구에서도 정상세포에 비하여 암세포에서 autophagy활성 및 autophagic vesicle의 형성이 억제됨이 보고되었다 (Schwarze and Seglen 1985).</p> <h1>Oncogenesis에서의 autophagy의 역할</h1> <p>최근의 연구에서 기존에 잘 알려져 있는 oncogene과 tumor suppressor 유전자들의 발현조절에 따라 autophagy활성이 조절되어 암이 발달되거나 억제됨이 보고되었다.</p> <p>특히, 인체세포에서 autophagy 억제 조절자로 잘 알려져 있는 mTOR (mammalian target of rapamycin) kinase는 autophagic cascade의 개시단계에 필요한 단백질에 hyperphosphorylation을 유지함으로써 autophagy 활성을 억제하며, 반대로 영양분 결핍 등의 스트레스 조건에서 mTOR 발현이 억제되어 autophagy활성이 증가됨이 보고되었다 (Galluzzi et al. 2008). 이러한 mTOR 발현을 조절하는 oncogene으로 PI3K, Ras, PDPK1, NF1등이 알려져 있다 (Table 3).</p> <p>Oncogene으로 잘 알려져 있는 Akt1은 in vivo 및 in vitro 시험에서 autophagy를 억제하여 암발현을 촉진하는 것으로 보고 되었으며, 난소암의 \( 60 \% \) 이상에서 억제되어 있는 것으로 보고된 Ras-related protein인 ARHI/DIRAS3은 PI3K signaling을 억제하여 mTOR을 negative하게 조절하여 autophagy를 활성화 할 것으로 보고되어 있다 (Shaw et al. 2006; Lu et al. 2008). 대부분의 인체암에서 높게 발현되고 있는 Ras는 RTK-mTOR pathway 의 signal transducer로 autophagy를 억제하지만 Ras의 antagonist인 NF-1 (neurofibromin 1)는 RTK-mTOR pathway를 억제하여 autophagy를 증가시키는 것으로 예측되나, 이 부분에 대한 명확한 기전은 현재까지 보고되어 있지 않다 (Shaw et al. 2006).</p> <p>Oncosupperssor인 Bec-1은 autophagy의 주요한 modulator로 Bec-1의 발현이 촉진되면 smARF이 p53을 조절하여 RTK-mTOR pathway와는 독립적으로 autophagy를 활성화시키는 것으로 예상되고 있다 (Ling et al. 1999; Liang et al. 2008; Tasdemir et al. 2008; Reef and Kimchi 2008). 또한, knockout 되었을 때 mouse tumor를 일으키는 Bif-1, UVRAG (UV radiation resistance associated gene) 등은 autophagy의 modulator인 Bec-1과 상호작용하여 class Ⅲ PI3K signaling complex에 의하여 p53, RTK-mTOR pathway와 서로 다른 경로로 autophagy를 조절하는 것으로 보고되고 있다 (Liang et al. 2008; Edinger et al. 2003; Takahashi et al. 2007). 따라서, oncogene과 oncosupperssor들은 p53, mTOR 및 class Ⅲ PI3K signaling 등에 의하여 autophagy를 조절하고 있는 것으로 요약될 수 있으며, 이들 유전자 및 단백질의 발현 및 signaling에 대한 inhibitor 또는 activator에 대한 연구를 통하여 autophagy를 조절함으로써 새로운 항암성분을 규명할 수 있을 것으로 사료된다 (Table 3).</p>