As the number of cancer patients increases, various problems arise in cancer patients due to many factors such as inaccurate diagnosis, inappropriate drugs, and incomplete compliance. It is important to classify cancer patients through responsiveness to anticancer drugs and early diagnosis of subtype of cancer and prediction of prognosis. This is essential in cancer research as it can facilitate the subsequent clinical management of cancer patients. To solve this problem, we applied biomarkers that can objectively measure the normal or pathological state and response to drugs. In particular, RNA transfers genetic and regulatory information and reflects the state of cells, so it is an accurate and useful biomarker. Accordingly, we intend to use RNA biomarkers with diagnostic technology that can observe early diagnosis and prognosis of cancer for customized medical technology and patient-friendly treatment. In this study, we predicted drug sensitivity by measuring double-stranded RNA (dsRNA) produced by hypodemethylating agents and investigated the role of AIMP2-DX2 produced by aberrant alternative splicing in colorectal cancer. Therefore, it suggests the possibility of accurate and effective cancer diagnosis and treatment through dsRNA and splicing variants.In chapter 2, Double stranded RNAs (dsRNAs) known as endogenous retroviruses (ERVs) are usually upregulated during cellular damage. Understanding the role of dsRNA in cell signaling is important to verify the correlation between dsRNA and cell death. In this study, we developed a new spiropyran (SP)-based indicator that can efficiently sense dsRNA molecules to reveal how dsRNA release influenced cell death. By employing amidine-conjugated spiropyran (Am-SP), we verified that treatment of DAC increased expression of dsRNA in several cancers or hematological patients, resulting in immune-induced cell death. Therefore, dsRNA will be harnessed as a potential biomarker for evaluating programmed cell death. Moreover, this detection system may contribute to personalizing drugs to patients by testing drug responsiveness.In chapter 3, In previous studies, it was reported that AIMP2-DX2 is expressed in various cancer cells, promotes cancer development and progression, and has a poor clinical prognosis. We investigated AIMP2-DX2 in colorectal cancer cells by confirming the existence of a large number of AIMP2-DX2 in colorectal cancer through analysis of PCAWG, ICGC, and TCGA databases. It was confirmed that AIMP2-DX2 differs in distribution according to cellular compartments such as the nucleus and cytoplasm, and also affects apoptosis.Through the analysis of RNA sequencing data, it was confirmed that AIMP2-DX2 particularly regulates the immune response and is also related to the clinical prognosis of colorectal cancer patients. Therefore, this study aims to investigate the function of AIMP2-DX2 expressed in colorectal cancer cells and further suggest the possibility of treatment of colorectal cancer and prediction of clinical outcomes in patients.
암환자가 증가함에 따라 부정확한 진단 및 부적절한 항암 약물과 같은 많은 요인에 의해 적절하게 치료되지 않는 경우가 많습니다. 이에 따라 항암제에 대한 반응성과 세분화된 암의 조기 진단 및 예후 예측을 통해 암 환자를 분류하는 것이 중요합니다. 이를 해결하기 위해 병리적 상태와 항암제에 대한 반응 정도를 객관적으로 측정할 수 있는 바이오마커를 개발하고자 하였습니다. 특히 RNA는 유전적 정보를 전달하고 세포의 상태를 반영하므로 정확하고 활용성이 있는 바이오마커로 유용합니다. 이로써 우리는 RNA를 기반으로 한 특정 항암제에 반응하는 바이오마커를 통해 암을 조기에 발견하고 예후를 관찰할 수 있는 진단 기술을 구현하여 개인 맞춤형 의료 기술 및 환자 친화적인 치료에 활용하여 하고자 합니다. 본 연구에서는 저메틸화제에 의해 생성된 이중 가닥 RNA (dsRNA)를 측정하여 약물 감수성을 예측하고, 대장암 세포에서 비정상적인 RNA 선택적 스플라이싱(alternative splicing)에 의해 생성되는 AIMP2-DX2의 역할을 확인하였습니다. 따라서 dsRNA 및 스플라이싱 변이체(splicing variant)를 기반으로 한 바이오마커에 대한 연구를 함으로써 정확하고 신속한 암환자 분류를 통해 보다 정교한 암 진단 및 치료의 가능성을 제시하고자 합니다. Chapter 2. 암세포에서 면역 활성을 이끌어 세포사멸을 이끄는dsRNA를 효율적으로 측정할 수 있는amidine-conjugated spiropyran (Am-SP)을 개발하여dsRNA 발현량이 세포사멸에 영향을 미치는지 확인했습니다. 특히 항암제로 사용되는 탈메틸화제인 데시타빈(decitabine)을 처리한 다양한 종류의 암세포에서 발현되는 dsRNA를 개발한 Am-SP을 통해 측정하였고, 이는 세포사멸과의 상관 관계가 있음을 밝혔습니다. 또한 탈메틸화제에 반응성이 있는 혈액암 환자에서 높은 dsRNA가 존재하는 것을 확인하여 임상 시료에서도 검증을 했습니다. 따라서 dsRNA는 프로그램화된 세포사멸을 예측하기 위한 잠재적인 바이오마커로 활용될 수 있습니다. 그러므로 이 검출 시스템은 항암제에 대한 반응성을 테스트하여 암환자에게 개인 맞춤형 치료 및 예후를 예측하는 데 기여할 것으로 봅니다.Chapter 3. 이전 연구에서 AIMP2-DX2는 다양한 암세포에 존재하며 암 발생과 진행을 촉진시켜 임상적 예후에 영향을 준다고 보고되어 있습니다. 우리는 암 유전체 데이터 베이스(PCAWG, ICGC, TCGA)를 통해 AIMP2-DX2가 대장암에서 다량 존재함을 확인했습니다. 특히 AIMP2-DX2는 핵, 세포질 등 세포 구획에 따라 분포가 다르며 세포 사멸에도 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 또한 RNA 염기 서열 분석(RNA sequencing)을 통해 AIMP2-DX2가 면역 반응을 조절하고 관련되어 있음을 분석했습니다. 따라서 본 연구는 대장암에서 발현되는 AIMP2-DX2의 세포 내 위치에 따른 기능을 연구하여 대장암의 정밀한 맞춤형 진단 및 치료를 할 수 있는 바이오마커로서의 가능성을 제시했습니다. 본 박사 학위 논문에서는 항암제인 탈메틸화제의 반응성에 따라 생성되는 dsRNA를 측정할 수 있는 Am-SP를 개발하여 dsRNA 발현량에 따른 약물반응성을 확인하였고, 대장암 세포의 AIMP2-DX2에 대한 연구를 함으로써 정확한 진단 및 예후 예측의 가능성을 높여 개인 맞춤형 치료와 암 극복에 기여하고자 합니다.
