Melanoma cells, highly metastatic cancer cells, are resistant to the both procedures of chemotherapy and radiotherapy. Studies have shown that interactions between cancer cells and the extracellular matrix (ECM) are critical in the survival and invasion of metastatic cancer cells, facilitating resistance of the cancer cells to chemotherapy. Anti-cancer effect of selenium compounds and their biochemical pathways, leading to the induction of programmed cell death have been extensively studied. However, biochemical roles of selenium compound on the inhibition of metastasis and its detailed mechanisms have been remained obscure. In this study, the apoptotic and anti-metastatic effects of methylselenol were investigated. The effect of methylselenol generated from selenomethionine (SeMet) with methioninase (METase) on cell proliferation, adhesion, and integrin expression were examined in murine melanoma B16F10 cells, which are highly metastatic to the lungs of syngeneic C57BL/6J mice. Combined treatment with SeMet-METase decreased the expression of integrins $\alpha_4$, $\beta_1$, $\alpha_v$ and $\beta_3$ and inhibited melanoma-ECM adhesion. Caspase-mediated apoptosis was induced following loss of cell adherence. Phosphorylation of focal adhesion kinase (FAK) and Akt, related to integrin-mediated survival, were decreased upon treatment with SeMet-METase while phosphorylation of p38, PKC-δ, and IκBα increased. In the presence of specific inhibitors of p38, PKC-δ, and NF-κB, expression of integrins and cell adhesion to ECM were maintained and cell apoptosis was prevented in SeMet-METase-treated melanoma cells. Based on these results, it is proposed that combined treatment with SeMet-METase induces caspase-mediated apoptosis in melanoma cells by altering integrin expression and adhesion. Furthermore, activation of p38, PKC-δ, and NF-κB is a prerequisite for the down-regulation of integrin expression, followed by detachment-mediated apoptosis.
In addition to the induction of apoptosis at supra-nutritional high concentration, there is evidence that selenium at non-toxic nutritional concentration also affect immune enhancement, carcinogen metabolism, and anti-oxidant protection. Several epidemiological studies have suggested that consumption of selenium decreases the risk of incidence and metastatic potential of cancer. Since methylselenol is implicated as an active chemopreventive Se metabolite in vivo, it was investigated whether this metabolite pool inhibits the invasive potential of murine B16F10 melanoma cells, particularly in association with the modulation of integrin expression. Se-methylselenocysteine (Se-MSC), selenomethionine (SeMet) or methylseleninic acid (MSeA), which can be catalyzed to methylselenol, was employed as organic selenium, and selenite as the inorganic control. In an animal experiment, mice administered mash diet or water supplemented with Se-MSC (2, 4, 6 ppm Se in mash diet, and 2, 4 ppm Se in drinking water) or selenite (0.1, 0.25, 0.5 ppm Se in mash diet, and 0.1, 0.25 ppm Se in drinking water) displayed almost completely diminished pulmonary metastasis of B16F10 melanoma cells and extended survival, compared to control mice administered basal diet. Supplementation with SeMet (4 ppm Se in water) and with selenite (0.25 ppm Se in water) significantly increased Se levels in lung, liver and serum in mice. Treatment with non-toxic low concentrations of SeMet (1, 2.5, 5, and 10 μM, plus 0.02 U/ml METase; methioninase), MSeA (1, 2.5, 5, and 10 μM), and selenite (25, 50, 100, and 250 nM) decreased gelatinase/collagenase activities and invasive capability in the culture system. Moreover, these compounds induced a decrease in integrin expression, adhesion capability to vitronectin (VN) and fibronectin (FN), and the pulmonary metastatic potential of B16F10 melanoma cells. In general, SeMet and MSeA are slightly more efficient than inorganic selenite, and induce a distinct pattern of MMP-9 activity in a zymogram. These results suggest that integrin expression is crucial to promote the metastatic phenotype in murine B16F10 melanoma cells by supporting specific adhesive and invasive properties. It is proposed that Se-MSC, which can be catalyzed to methylselenol, is useful in reducing metastasis of B16F10 melanoma cells as a nutritional adjuvant. In particular, suppression of integrin expression by methylselenol may contribute to its inhibitory effect on invasive capability.
멜라닌 세포에서 유래하여 피부의 표피층에 생기는 흑생종은 재발율이 높고 조기에 전이가 이루어져 예후가 나쁜 악성종양 중의 하나이며, 일반적인 화학요법 및 방사선 치료요법으로는 치유가 잘 되지 않는다. 고전이성 종양세포는 세포 기질과의 상호작용을 통해 생존 및 침윤에 중요한 환경을 얻게 되며, 이를 통해 항암치료에 대한 저항성을 가지는 것으로 보고되고 있다. 최근까지 셀레늄 화합물의 세포사멸 유도 및 그 기작에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있지만, 셀레늄 화합물의 암세포 전이 억제 효과 및 그 기작에 대해서는 연구성과가 미미하다. 특히 유기 셀레늄의 활성 대사산물인 메틸셀레놀에 의한 세포사멸 유도 및 전이 억제, 그리고 세포 기질과의 상호작용에 중요한 인테그린의 발현에 미치는 영향에 대한 보고는 전무한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 고전이 암세포인 흑색종에 메틸셀레놀을 고농도(supra-nutritional dose)로 처리하여 세포사멸 유도 및 그 기작에 대해 연구하는 한편, 저농도 (nutritional dose)의 메틸셀레놀을 처리하여 전이 억제 및 인테그린 발현 조절에 대한 연구를 수행하였다. 먼저, selenomethionine(SeMet)과 methioninase (METase)을 마우스 흑색종인 B16F10 세포에 처리한 후 세포 증식, 세포 부착능, 인테그린의 발현에 미치는 영향에 대해 조사하였다. SeMet와 METase를 B16F10 에 처리한 결과, 인테그린 $\alpha_4$, $\beta_1$, $\alpha_v$, $\beta_3$ 의 세포표면 발현 및 세포기질인 type I, IV collagen, vitronectin, fibronectin 에 대한 세포 부착능이 감소되었으며, 세포 부착능이 감소된 후 $G_1$ 세포 분열 정지 및 세포사멸이 유도되었다. 인테그린을 통해 세포 생존 신호를 주는 Focal adhesion kinase (FAK)와 Akt의 인산화는 감소된 반면, p38, PKC-δ, and IκBα 의 인산화는 증가되었다. p38, PKC-δ, NF-κB 에 대한 특이 억제제를 미리 처리한 경우, SeMet과 METase를 처리한 후에도 인테그린의 발현 및 세포기질에 대한 세포 부착능이 유지되었고 세포사멸도 발생하지 않았다. 이러한 결과는 고전이 흑색종의 경우, SeMet과 METase 에 의해 생성된 메틸셀레놀 이 p38, PKC-δ, NF-κB 을 활성화 시키며, 이를 통해 인테그린의 발현 및 세포 부착능이 저해되고 그 결과 세포 분열 정지 및 세포 사멸이 유도되었다고 볼 수 있다.
역학조사 따르면 적당한 양의 셀레늄을 섭취하면 암의 발생 및 전이의 위험을 줄여주며, 특히 유기셀레늄의 대사산물인 메틸셀레놀이 생체 내에서 암 예방에 유용한 대사산물로 알려졌다. 본 연구에서는 마우스 고전이 암세포인 흑색종에 메틸셀레놀을 처리하여 암세포의 전이능을 저해시키는지를 조사하고 특히 세포표면의 인테그린의 발현 억제와의 연관성에 대해 연구를 수행하였다. 본 연구를 위해 메틸셀레놀로 변환이 되는 유기 셀레늄인 Se-methylselenocysteine (Se-MSC), selenomethionine (SeMet), methylseleninic acid (MSeA)와 대조군으로 무기 셀레늄인 sodium selenite를 사용하였다. 동물 실험에서는, 파우더 식이 혹은 음용수에 독성을 나타내지 않는 농도의 Se-MSC (2, 4, 6 ppm Se in powdery diet, and 2, 4 ppm) 혹은 selenite (0.1, 0.25, 0.5 ppm Se in powdery diet, and 0.1, 0.25 ppm)를 첨가해 준 후 흑색종을 꼬리정맥으로 주사하기 전 4주 동안, 그리고 주사 후에 연속으로 섭취하게 하였다. 셀레늄을 섭취한 마우스는 대조군의 마우스에 비해 정맥으로 주사된 흑색종의 폐 전이가 현저하게 억제되었으며 생존율도 연장되었다. 독성이 없는 농도의 SeMet (≤ 10 μM), MSeA (≤10 μM), 혹은 selenite (≤ 250 nM) 를 흑색종에 처리한 경우 gelatinase/collagenase 활성이 감소되고 침윤성도 억제되었다. 또한 세포표면의 인테그린 발현, vitronectin (VN)과 fibrinogen (FN)에 대한 세포 부착능 및 마우스 폐 전이 정도가 모두 감소되었다. 전체적으로 SeMet과 MSeA에 의한 조절이 selenite에 비해 뚜렷했으며, 특히 MMP-9 활성 억제 양상은 selenite와 차이가 있었다. 이러한 결과는 마우스 흑색종의 표면에 발현되는 인테그린이 세포부착 및 침윤능을 향상 시키는 환경을 제공함으로써 고 전이암의 성질을 가지게 한다는 사실을 뒷받침하며 Se-MSC 혹은 SeMet을 영양보조제로 사용하면 고전이 흑색종의 전이를 억제하는데 유용할 것이며, 특히 메틸셀레놀에 의해 인테그린이 조절되는 것이 이 과정에 주요하게 기여했을 것이라 생각된다.
