The novel pancreatic adenocarcinoma up-regulated factor (PAUF) is overproduced in various types of cancer, suggesting its roles in tumor progression and metastasis. However, little is known about functions of PAUF in escaping immune surveillance, which may impose more, accelerated tumor growth. Here I resolve the PAUF protein with 2.0?? resolution x-ray crystal structure to show that it is a mammalian lectin with having some beta-prism motif found in plant lectins. In addition I firstly identify PAUF as a new endogenous ligand of TLR2 and TLR4 secreted from cancer cells. To identify the PAUF receptor, I generated ECD receptor pools (134 receptors) and screened it to show that the highest signal from TLR2 interaction. I further confirmed the PAUF-TLR interaction through in vitro dose-dependency binding assay, co-immunoprecipitation assay and FACS analysis of neutralizing surface binding assay using TLR2 and TLR4 antibody. Surprisingly, PAUF activates the phosphorylation of ERK and AKT, but does not fully activate Ik-B-alpha signaling pathways in the human acute monocytic leukemia cell line, THP-1. PAUF fails to translocate the p65 subunit of the NF-kB complex into the nucleus, resulting in no NF-kB activation in THP-1 and HEK293T cells. PAUF also activates IKK-beta mediated TPL2/MEK/ERK signaling pathway through TLR2 in HEK293T cells. Alternatively, PAUF strongly activates the ERK and AKT signaling pathway through the TLR2 and TLR4, resulting in increased expression levels of pro-angiogenic chemokines RANTES, MIF and mRNA of VEGF-alpha but not TNF-alpha in THP-1 cells. Also, PAUF promotes the angiogenesis and metastasis in matrigel-supported assay and xenograft bioluminescent imaging mouse models, respectively. Consistently, PAUF strongly activates the ERK signaling pathways through the TLR2 and TLR4 receptor, resulting in the increased expression of the pro-angiogenic cytokines RANTES and MIF in THP-1 cells. Together, these findings suggest that the new cancer-derived ligand, PAUF, may activate TLRs-mediated ERK signaling but not TLR-mediated NF-kB signaling, thereby facilitating tumor growth, proliferation, angiogenesis and metastasis.
암은 어느 나라를 막론하고 사망률에 있어서 수위를 차지하고 있는 질환으로서 전 세계적으로 암 질환에 대해 연구를 진행하고 있다. 암 발생률이 날로 증가하는 원인은 현대인들의 식습관 또는 생활양식, 그 외 환경적인 요인으로 발암물질에 노출되어 있기 때문이며, 따라서 산업화와 더불어 발암률은 증가하고 있다. 이에 따라 본 논문은 최근에 LG생명과학에서 한국 암환자 시료로부터 과발현 유전자로 동정된 유전자 중에서 PAUF (Pancreatic Adenocarcinoma Up-regulated Factor) 유전자에 대해 연구를 진행하였다.
PAUF 유전자는 췌장암을 포함한 많은 종류의 선암(adenocarcinoma) 세포에서 과발현되는 유전자로 동정되었으며, NIH3T3 세포에서 과발현 하였을 때 형질전환을 유도함이 확인되었지만, 아직 그 기능은 전혀 밝혀져 있지 않았다. PAUF 단백질의 기능을 유추하기 위해 본 논문에서는 PAUF 단백질의 X-ray 구조 결정을 통해 lectin 단백질임을 밝혔고, 그 구조 정보를 기초로 한 PAUF 단백질의 기능을 연구하기 위해, 수용체 검색 라이브러리를 제작하여 PAUF 수용체가 선천성 면역에서 핵심적인 역할을 하는 Toll-like Receptor 2(TLR2)와 TLR4 임을 밝혔다. 또한, 그 상호 작용의 특이성을 증명하기 위해 Co-immunoprecipitation 방법과 FACS 분석을 통해 두 단백질의 연관성을 확인하였다. PAUF 단백질의 신호전달 경로의 분자적 기작을 통해 보다 심도 깊은 PAUF 단백질의 기능을 연구한 결과, PAUF 단백질은 면역세포 및 암세포에서 TLR을 통한 신호전달 체계를 확인하였고, 놀랍게도, PAUF 단백질은 TLR2와 TLR4의 신호전달 체계 중에서 암세포의 증식과 전이에 필요한 ERK, AKT 신호전달 체계를 활성화시키며, 그 작용을 억제할 수 있는 면역세포의 활성 (NF-kB 신호전달 체계)은 전혀 유도하지 못함을 밝혔다.
PAUF 단백질의 암세포 내에서의 기능을 연구하기 위해 면역 반응이 억제된 누드마우스에 Matrigel을 이용한 혈관생성 실험을 진행하여, PAUF 단백질이 신혈관 생성에 중요한 역할을 하고 있음을 확인하였고, 궁극적으로 암세포의 전이에 대한 실험을 Bioluminescent Image 방법을 통해 지속적으로 관찰한 결과 PAUF 단백질은 췌장암 세포의 다른 장기로의 전이를 촉진함을 확인할 수 있었다.
이러한 연구 결과는 포유 동물의 암세포에서 과발현되는 PAUF라는 새로운 단백질이 선천성 면역에 중요한 역할을 하는 TLR의 리간드로 작용하여, 면역세포의 암세포 검열 시스템을 억제함과 동시에 그 암세포의 혈관생성 및 전이를 촉진한다는 점을 최초로 밝힌 중요한 연구 결과이다. 마지막으로, PAUF의 기능에 대한 정확한 이해는 암의 진단과 치료에 새로운 기회를 제공할 수 있을 것이다.
