Study on macrophage NAMPT function in inflammation-induced colon cancer
- 주제(키워드) NAMPT , Macrophage , Phagocytosis , Colitis , Colitis-associated cancer
- 주제(DDC) 570
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 김유선
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 의생명과학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032677
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
Nicotinamide phosphoribosyl transferase (NAMPT) catalyzes the synthesis of nicotinamide mononucleotide (NMN) from nicotinamide (NAM) and 5'-phosphoribosyl-1'-pyrophosphate (PRPP). It plays an important role in the cyclic biosynthetic pathway of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+). NAMPT is biologically indispensable and implicated in various inflammatory diseases, including diabetes, sepsis, and rheumatoid arthritis. Increased expression of NAMPT has been associated with tumorigenesis. NAMPT protects tumor cells against glucose deprivation-induced oxidative stress. It has also been suggested that NAMPT is upregulated in inflammation, including inflammatory bowel disease (IBD). The duration, extent and severity of inflammation increase the risk in patients with inflammatory bowel disease (IBD) of developing colitis-associated cancer (CAC). Based on these functional effects of NAMPT, I aimed to investigate the functional impact of NAMPT in inflammatory macrophages. In this study, I demonstrate that mice with NAMPT deletion within the myeloid compartment (Namptf/fLysMCre+/-, Nampt mKO) have more severe colitis with lower survival rates, as well as a high number of uncleared apoptotic dead cells within the mucosal layer. Nampt-deficient macrophages exhibit reduced phagocytic activity because of low NAD+ abundance. Therefore, Nampt mKO mice cannot properly remove dead cells during tissue repair, resulting in substantially prolonged chronic colitis. Dysregulation in the resolution process of inflammation was involved in inflammation-mediated tumorigenesis. Using the azoxymethane (AOM) / dextran sodium sulfate (DSS)-induced tumorigenesis model, Unexpectedly, I found that NAMPT-deficient mice (NAMPTf/f LysMCre+/-, Nampt mKO) showed attenuated colitis-associated colon cancer development. NAMPT-deficient macrophages failed to phagocytosis the apoptotic cancer cells during the CAC progression. The reduced removal of the dying cells could lead to secondary necrosis and subsequent release of intracellular contents to skew the plasticity of tumor-associated macrophages (TAMs) toward an M1-like phenotype. This phenotype activates the STING pathway, which contributes to anti-tumor immunogenicity in the tumor microenvironment (TME). The findings of this study suggest that activating the NAMPT-dependent NAD+ biosynthetic pathway is a potent strategy for regulating inflammatory diseases and associated cancer immunotherapy.
more초록/요약
니코틴아마이드 포스포리보실 트랜스퍼라제 (Nicotinamide phosphoribosyltransferase, NAMPT)는 니코틴아마이드 (Nicotinamide, NAM)와 5’-포스포리보실-1’-파이로포스페이트 (PRPP)로부터 촉매작용을 하여 니코틴아마이드 모노뉴클레오타이드 (Nicotinamide mononucleotide, NMN)을 합성하는 효소이고, 이는 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드 (Nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+)의 생합성 경로에 중요한 역할을 한다. NAMPT는 당뇨병, 패혈증, 류마티스 관절염과 같은 다양한 염증성 질환과 연관 되어있다. 더욱 중요한 것은 NAMPT 발현의 증가가 종양의 형성과 관련 있고, NAMPT가 포도당 부족에 의한 산화적 스트레스를 막아 종양 세포를 억제한다는 것이다. NAMPT가 궤양성 대장염이 포함된 염증에서 증가된다는 것을 제시하였다. 궤양성 대장염 환자에서 염증의 지속성, 정도, 심각성은 대장염에 의한 암의 발달 위험성을 높인다는 것이 보고되어 있다. NAMPT의 기능적 효과를 기반으로 나는 염증성 대식세포에서 NAMPT의 기능적인 역할를 확인하고자 하였다. 이 연구에서, 나는 골수에서 유래한 대식세포에서 NAMPT를 결여시킨 형질 전환 마우스에서 대장염이 심해지고, 생존율이 낮을 뿐만 아니라 점막층 내에서 제거되지 않은 죽은 세포가 많은 것을 확인하였다. NAMPT가 결여된 대식세포는 NAD+가 충분하지 않아 대식작용의 활성이 감소한다. 그러므로, NAMPT가 결여된 대식세포는 조직의 회복동안 죽은 세포를 적절히 제거할 수 없고, 이는 만성 대장염의 지속을 초래한다. 염증에서 해소기(resolution phase)의 조절 장애는 염증에 의한 종양형성과 관련있다. 하지만, 아족시메탄 (Azoxymethane, AOM)/덱스트란 소듐 설페이트(Dextran Sodium Sulfate, DSS)에 의한 종양 형성 모델에서 대식세포에서NAMPT가 제거된 쥐에서 대장염에 의한 대장암의 발달이 약화되는 것을 확인하였다. 대장암의 진행동안 NAMPT가 제거된 대식세포는 죽은 암세포를 제거하지 못하고, 제거된 암세포의 감소는 이차적인 괴사(secondary necrosis)를 유발할 수 있다. 그 후 세포내의 물질이 방출되어 종양 관련 대식세포를 M1 표현형으로 치우치게 된다. 더욱 중요한 것은 이런 표현형은 종양 미세 환경에서 항암 면역원성에 기여하는STING 경로를 활성화시킨다. 종합적으로 나의 연구 결과는 NAMPT 의존적인 NAD+ 생합성 경로의 활성화를 염증성 질환의 조절과 염증에 의한 암 면역치료를 위한 잠재적 전략으로서 제시한다
more목차
I. INTRODUCTION 1
II. MATERIALS AND METHODS 4
A. Antibodies and chemical reagents 4
B. Mice 4
C. Cell culture 5
D. DSS-induced colitis model 5
E. AOM/DSS-induced colorectal cancer model 5
F. Xenograft model 6
G. Isolation of colon lamina propria cells 6
H. Flow cytometric analysis 7
I. Immunoblot analysis 7
J. Immunohistochemistry analysis 7
K. RNA isolation and qRT-PCR 8
L. Phagocytosis measurement 8
M. Efferocytosis measurment 8
N. Measurment of NAD, NADPH 8
O. Cell proliferation assay 9
P. Wound healing assay 9
III. RESULTS 10
A. Loss of NAMPT in macrophages enhances DSS-induced colitis 10
B. NAMPT deletion impairs the resolution of inflammation in the DSS-treated colon 12
C. NAMPT expression in macrophages is essential for optimal phagocytic activity 16
D. NAMPT increases NADPH levels 20
E. Colitis-induced colorectal tumor progression is downregulated in macrophage-specific NAMPT-deleted mice 22
F. Anti-tumor immunity activated in colitis-induced colorectal tumor tissues from macrophage-specfic NAMPT deleted mice 25
G. NAMPT in macrophages affects colon cancer progression 27
H. Deletion of NAMPT shows failure in sufficient elimination of apoptotic cells in TME 30
I. Defective efferocytotic activity in macrophages leads to polarization in M1-like macrophages 36
J. NAMPT-deleted macropahges enhance tumor cell killing by leading polarization to M1-like macrophages 39
K. NAMPT deficiency triggers STING-dependent type I IFN response by impairing efferocytosis 41
L. Extracellular NAMPT promotes the proliferation of colon cancer cells 45
IV. DISCUSSION 48
V. REFERENCES 50
국문요약 54
