인간 조직의 대장 복막 전이로 인한 세포 외 기질의 생물학적 및 기계적 특성 간의 상관 관계

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12175(2023) 이 기사 인용

복막 전이(PM)는 대장암(CRC)의 일반적인 전파 경로이며 예후가 좋지 않은 치명적인 질병으로 남아 있습니다. 세포외 기질(ECM)의 특성은 암 발생에 중요합니다. CRC-PM 개발을 이해하려면 변경 사항을 연구하는 것이 중요합니다. 우리는 원자간력 현미경(AFM)을 통해 인간의 정상 및 종양성 PM 샘플에서 추출한 ECM의 탄성 특성을 연구했습니다. 결과는 환자 임상 데이터 및 전이성 확산과 관련된 ECM 구성요소의 발현과 상관관계가 있었습니다. 우리는 PM 진행이 ECM의 강화, 암 관련 섬유아세포(CAF) 활동의 증가, 종양성 매트릭스의 침착 및 가교 증가를 동반한다는 것을 보여줍니다. 반면에, 동일한 규모의 종양성 ECM에서도 더 부드러운 영역이 발견됩니다. 우리의 결과는 정상적인 ECM의 국소적 변화가 침입한 전이성 세포의 종양에서 성장 및 확산의 기반을 만들 수 있다는 가설을 뒷받침합니다. 우리는 ECM의 기계적 특성(정상 ECM과 신생물 ECM 사이의 상대적인 경화)과 환자의 임상 데이터(연령, 성별, BRAF 및 KRAS 유전자의 단백질 활성화 돌연변이 존재 및 종양 등급) 사이의 상관관계를 발견했습니다. 우리의 연구 결과는 PM-ECM의 기계적 표현형이 종양 발달을 예측할 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 시사합니다.

복막 전이(PM)는 대장암(CRC) 환자 4명 중 약 1명에게 영향을 미칩니다1. PM 발달은 복막 전이성 계단식이라고도 알려진 과정을 통해 암세포가 원발 종양에서 복막강으로 전파되는 여러 단계를 특징으로 합니다. 복막에 군집을 형성하려면 종양 세포가 원발 종양에서 분리되어 세포외 기질(ECM)에 침투하여 중피하 결합 조직에 부착되고 유리한 숙주 반응을 받을 수 있어야 합니다2.

ECM은 조직 항상성의 여러 과정에서 중요한 역할을 하는 조직 미세환경의 필수 무세포 요소입니다4. ECM은 조직의 3차원(3D) 구조를 결정하고 기계적 및 생화학적 지원을 제공하여 세포-세포 및 세포-기질 통신 및 세포 이동에 중요한 역할을 합니다 4,5. 더욱이 지난 수십 년 동안 암 진행에서 ECM의 중요한 역할이 명확하게 입증되었습니다6,7,8,9,10,11.

세포외 미세환경은 물, 다양한 섬유질 단백질(즉, 콜라겐, 엘라스틴, 라미닌, 피브로넥틴), 프로테오글리칸, 당단백질 및 다당류로 구성됩니다. 특정 조직의 ECM은 독특한 구성과 토폴로지를 가지며, 이로 인해 각 기관과 조직의 생화학적, 기계적 특성이 발달합니다1,4,5.

ECM은 조직 발달의 세포 활동 및 심각한 질병과 관련된 공유 및 비공유 변형을 통해 구성의 여러 변화와 자체 구성 요소의 재배열을 겪기 때문에 조직의 동적 요소로 간주될 수 있습니다. 암 진행5,12.

ECM의 기계적 및 생화학적 변화는 모두 성장 인자, 호르몬, 사이토카인 및 금속단백분해효소(MMP)6에 의해 조절됩니다. ECM 탄성 특성은 특정 생화학적 요인의 활성과 함께 조직 항상성, 세포 운명, 세포 부착, 이동, 세포 주기 진행, 분화 및 액틴 관련 세포골격 재구성 및 수축성에 중요한 역할을 합니다6,12,13,14. 매트릭스는 점탄성, 기계적 가소성 및 비선형 탄성과 같은 복잡한 기계적 특성을 보여주는 다중 규모의 생체 역학적 실체입니다. ECM의 점탄성 및 생화학적 특성은 대부분 콜라겐과 가교 정도에 의해 결정됩니다8,15. ECM의 AFM 연구는 이 조직 화합물의 점탄성 특성을 확인했습니다. 세포가 ECM의 정적 기계적 특성보다는 점탄성을 감지하고 반응할 수 있다는 증거가 늘어나고 있습니다.