마늘의 효능에 대한 다양한 연구가 진행되고 있지만, 최근 일부 연구자들에 의해 ROS 생성과 관련된 마늘 추출물의 항암 작용에 대한 보고가 있습니다. 최근 연구들에 따르면, 손상된 미토콘드리아는 ROS 생성을 촉진하여 암세포의 증식 조절 신호계가 활성화되는 것으로 알려져 있습니다. 본 연구에서는 WEAS 처리에 의해 U\(937 \) 세포의 증식이 억제되었으며, 이는 G2/M 단계의 정지와 관련된 세포 사멸 (apoptosis) 유발로 인해 발생한 것으로 확인되었습니다. 그리고 마늘 추출물은 다양한 종류의 암세포에 대해 G2/M 단계의 정지를 유발시키는 것으로 알려져 있으며, 이는 대부분의 항암성 물질들이 세포주기 특이적 arrest를 유발시키는 경향이 있는 것과 일치합니다. 그러나 세포주기 G2/M arrest와 ROS 생성 간의 상관관계에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았습니다. 이에 대한 연구의 필요성이 있습니다.
<h1>고 찰</h1> <p>마늘의 효능에 관한 많은 논문들이 발표되고 있으나, ROS의 생성과 연관된 마늘 추출물의 항암작용에 관한 보고는 최근 몇몇 연구자들에 의하여 수행되어져 왔다. 아마도 이러한 ROS의 생성과 연관성을 지울 수 있는 가장 큰 이유는 마늘이 가지고 있는 강력한 항산화 작용에서 기인하는 것 같다. 그러나 아직까지 마늘 추출물에 의한 ROS 생성과 연관된 apoptosis 조절 및 세포주기 교란 기전에 관하여 정확하게 알려진 바 없다. 본 연구에서 마늘 추출물에 의한 암세포의 증식억제 및 apoptosis 유발 과정에서 ROS의 생성여부를 확인하고 아울러 세포주기 교란과의 연관성을 조사하고자 하였다. 마늘 열수 추출물(WEAS)은 다양한 암세포의 증식을 억제하였으나, 백혈병세포에서의 세포독성 효과가 가장 우수한 것으로 나타났다. 이러한 암세포 증식 억제가 미토콘드리아 막 전위(MMP)의 소실에 의한 미토콘드리아의 손상과 연관된 apoptosis에 의한 것임을 몇 가지 방법으로 제시하였고, apoptosis 조절에 관여하는 많은 유전자들의 발현 변화를 조사하였다. 아울러 WEAS에 의한 apoptosis 유발의 초기 단계에 ROS 생성이 관여함을 알 수 있었으며, ROS의 생성을 차단하였을 경우 WEAS에 의한 U937세포의 증식억제 효능이 유의적으로 감소되었는데, 이는 WEAS에 의한 ROS 생성이 중요한 apoptosis 유도 인자로 작용함을 보여주는 것이었다. 또한 WEAS에 의한 U937세포의 apoptosis 유발은 ROS 생성과 연계된 G2/M arrest에 의한 것임을 알 수 있었다. 따라서 이러한 결과들은 WEAS에 의한 ROS의 생성은 세포주기 교란을 통한 apoptosis 유발의 초기 신호 전달자로서 작용함을 의미하는 것이다.</p> <p>최근 많은 연구자들에 의하여 손상된 미토콘드리아는 ROS 생성을 촉진함으로서 암세포의 증식 조절 신호계가 활성화됨이 보고되어지고 있다. 그러나 미토콘드리아의 탈분극(mitochondrial depolarization)에 의한 MMP의 소실이 apoptosis와 연관되어 있는 것이 더 일반적인 것 같다. MMP의 저하는 미토콘드리아 외막의 붕괴를 초래하여 apoptosis 유발에 중요한 미토콘드리아 내 인자들이 세포질로 방출되어 caspase-9의 활성화와 연속적인 caspase-3의 활성화를 유도하는 것으로 알려져 있다. 몇몇 선행 연구에서도 마늘 추출물에 의한 MMP의 소실 및 caspase 활성 연계 가능성을 제시하여 주었듯이, 본 연구의 결과에 의하면 WEAS의 처리는 MMP의 소실을 야기하였으며, 다양한 종류의 caspase를 활성화시켰다. 또한 WEAS가 처리된 세포에서 apoptosis를 억제하는데 관여하는 유전자들의 발현은 거의 다 감소되었음을 알 수 있었고, WEAS에 의한 이러한 apoptosis 유발 현상이 ROS 생성 의존적임을 확인하였다.</p> <p>Apoptosis 조절에 가장 대표적인 유전자인 Bcl-2 family에 속하는 유전자 중 Bcl-2 및 Bcl-xL과 같은 유전자는 apoptosis 유발을 억제하는 anti-apoptotic member이며, Bax 및 Bid등은 apoptosis 유발을 촉진하는 pro-apoptotic member이다. 이들 Bcl-2 family는 서로 dimer를 이루고 있는데 Bax member의 발현이 증가하고 Bcl-2 member의 발현이 감소하면 apoptosis가 유발될 수 있는 것으로 알려져 세포 내에서 두 member에 속하는 유전자들의 상대적인 발현양의 차이는 apoptosis 유발을 예측할 수 있는 척도로 사용되어 지고 있다. 또한 이러한 Bcl-2 family에 속하는 유전자들의 발현 변화는 apoptosis의 개시자 및 실행자로 알려진 여러 caspase의 활성에 영향을 주며, antagonist로 작용하는 IAP family의 발현 변화 역시 caspase 활성을 억제함으로서 apoptosis 유발 조절인자로 작용하고 있는 것으로 알려져 있다. 또한, PARP나 \( \beta \)-catenin과 같은 단백질들은 apoptosis가 유발 되었음을 보여주는 지표 단백질로 활성화된 caspse-3의 표적 단백질이다. 선행 연구들의 결과에서와 부분적으로 유사하게, Western blot 분석의 결과에서 알 수 있듯이 WEAS가 처리된 배지에서 배양된 U937 세포에서 이들 유전자들은 매우 다양한 발현 양의 변화를 보여주었는데, apoptosis를 억제하는데 관여하는 유전자등의 발현은 모두 감소된 반면, apoptosis를 유도하는 인자들은 발현이 증가되었거나 활성화되었음을 보여 주있고, 그 결과 PARP 및 \( \beta \)-catenin 단백질의 단편화가 초래되었음을 알 수 있었다. 따라서 WEAS 처리에 의한 U937 세포의 apoptosis 유발은 ROS 생성과 연관된 미토콘드리아의 기능 손상에 따른 caspase-9의 활성화, caspase-9의 활성화에 의한 caspase-3의 활성화, caspase-3의 활성화에 따른 표적 단백질들의 분해로 연결되는 경로를 거치는 것으로 추정된다. 그러나 본 연구에서 WEAS 처리에 따른 apoptosis 유발에서 Bid의 역할에 대한 결과는 제시하지 못하였으며, Bid의 역할은 death receptor를 통한 apoptosis 유도 경로에 관여하는 다양한 유전자들의 발현 변화와 연과되어 조사되어져야 할 것이다. 특히 caspase-3 및 caspase-9의 활성화뿐만 아니라 caspase-8의 비활성형 단백질의 발현도 감소되어 WEAS 처리에 의하여 caspase-8이 활성화 되었을 것으로 예측되며, caspase-8의 활성화에 의한 Bid의 tBid로 truncation으로 tBid가 미토콘드리아 내로 유입 되었을 것으로 추정되므로 이 경로에 대한 확인 실험이 추가적으로 수행되어야할 것이다.</p> <p>한편 apoptosis의 유발은 세포주기 arrest 의존 혹은 비의존적으로 일어날 수 있으나, 세포의 생존에 영향을 줄 수 있는 대부분의 항암성 물질들은 세포주기 특이적 arrest를 유발시키는 경우가 많으며, 다양한 종류의 암세포를 대상으로한 선행 연구에서 마늘 추출물은 대부분 G2/M arrest를 유발시키는 것으로 보고되어져 왔으나, 세포주기 G2/M arrest 및 ROS 생성과의 연계성에 대한 연구는 거의 이루어진 바 없다. 본 연구의 결과에 의하면 WEAS 처리에 의한 U\(937 \)세포의 증식억제는 G2 /M arrest와 연관된 apoptosis 유발에 의한 것으로 알 수 있었다. 아울러 ROS의 생성을 차단시켰을 경우 WEAS 처리에 의한 G2/M의 효과가 유의적으로 억제되어, WEAS 처리에 의한 세포주기 G2/M arrest 역시 ROS 의존적임을 확인할 수 있었다.</p>