Cancer, in the broader sense, refers to around 277 types of cancer disease. Among various cancer types, the third most common type of cancer worldwide is colorectal cancer (CRC). An isothiocyanate (ITC) phytocompound Sulforaphane (SFN) is an organosulfur element primarily found naturally in cruciferous vegetables. The compound SFN exhibits various biological activities, including antitumor, antioxidant, anti-inflammatory, and antiangiogenic properties. Researchers have identified multiple mechanisms through which SFN suppresses proliferation and induces apoptosis in CRCs. Therefore, SFN's effects on CRC were comprehensively discussed in two separate sections of this thesis. SFN was investigated for its impact on the pleiotropic cytokine IL-6, expressed by vascular cells and induced by IL-1β and HT-29 cell invasion. IL-1β facilitated the IL-6 expression, which SFN inhibits through the activator protein 1 (AP-1) and p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling. Additionally, NAC inhibited the reactive oxygen species (ROS) formation by IL-1β and inhibited the phosphorylation of STAT-3. These two mechanisms contributed to the increase in IL-1β induced IL-6 expression, which SFN inhibits. Furthermore, the HT-29 cells with SFN pretreatment followed by IL-1β treatment showed markedly reduced invasiveness because of the deregulation of IL-6. Through inhibition of the p38 MAPK/AP-1/ROS/STAT-3 molecular pathways, this study demonstrates that SFN suppresses IL-6 expression and impacts the invasiveness of CRC HT-29 cells.Another section investigated the effect of SFN on Lysophosphatidic acid (LPA)-stimulated IL-8 upregulation in HT-29 cells. Based on pharmacological inhibition studies, ROS upregulated IL-8 induced by LPA via NF-κB signaling. Through blocking ROS production caused by LPA, SFN suppresses NF-κB signaling, which is crucial to IL-8 upregulation. NADPH oxidase results confirmed that SFN inhibited ROS production by inhibiting NADPH oxidase, a critical factor in cell ROS production. Furthermore, we demonstrated that SFN inhibits LPA-induced IL-8 through JNK signaling pathways which upregulate AP-1 activation. Interestingly, the activation of AP-1 was essential for LPA-induced IL-8 expression, and SFN suppressed AP-1 activation. Also, combining SFN pretreatment and LPA treatment of conditioned media (CM) in HT-29 cells abolished all stimulatory influences on endothelial cell proliferation and tube formation. By inhibiting NADPH oxidase, SFN prevented ROS/ NF-κB activation, inhibiting LPA-induced IL-8 upregulation and impaired endothelial proliferation and tube formation. On the other hand, we showed that SFN enhances apoptosis in HT-29 cells and arrests the G2/M phase, whereas LPA suppresses apoptosis. Furthermore, an anticancer effect of SFN was further confirmed by LPA induced in-vivo tumor model. The findings have shown that SFN suppressed the IL-8 expression and significantly reduced the tumor volume and weight. This study's results confirmed that IL-1β and LPA promoted IL-6 and IL-8 secretion, which favors CRC cell proliferation, differentiation, angiogenesis, cell invasion and metastasis. Additionally, SFN exhibited a potent antitumor effect in the in-vivo and in-vitro models of CRC by inhibiting the expression of IL-8 and IL-6 through modulating the p38 MAPK/AP-1/NF-κB/STAT3 signaling. To summarize these results, SFN may represent a promising future drug molecule for treating CRC by modulating IL-6 and IL-8 expression through its p38 MAPK/AP-1/NF-κB/STAT3 signaling.
암은 넓은 의미에서 약 277종의 암 질환을 포괄하는 용어이다. 다양한 암 유형 중에서 대장암은 전 세계에서 세 번째로 흔한 암이다. Sulforaphane(SFN)은 유기황 원소인 isothiocyanate 그룹에 속하며, 주로 십자화과 채소에 함유되어 있다. SFN은 항산화제, 항종양, 항혈관신생 및 항염증 특성을 가진 광범위한 활성을 갖고 있으며, 이에 대한 연구가 보고되고 있다. 본 연구에서는 SFN이 대장암 세포의 증식 억제와 세포사멸 촉진에 다양한 기전을 확인하였다. 대장암에 대한 SFN의 효과를 연구하기 위해 두 가지 주제로 조사하였다.첫 번째로, SFN의 IL-6 발현에 대한 연구이다. IL-6는 L-1β에 의해 유도되며, HT-29 세포의 침습을 촉진한다. 연구에서는 SFN이 L-1β 유발된 IL-6 발현을 억제하는 신호전달 경로를 조사하였다. IL-1β에 의한 IL-6 발현은MAPK, 활성산소, AP-1과 STAT-3 등의 전사인자가 관여하는 것으로 나타났다. SFN은 p38 MAPK/AP-1 및 ROS/STAT-3 신호전달 경로의 억제를 통해 IL-1β 유발 IL-6 발현을 억제하고, 결과적으로 HT-29 세포의 침습을 억제하였다.두 번째 연구에서는 SFN이 lysophosphatidic acid (LPA) 유발된 IL-8에 미치는 영향을 조사하였다. 다양한 분자적 연구 및 약리학적 억제제 연구를 통해 LPA 유발된 IL-8 발현은 활성산소/NF-κB, JNK/AP-1 신호전달 경로의 활성화가 중요한 역할을 한다는 것이 입증하였다. SFN은 LPA에 의해 유도된 ROS 생성을 차단하여 NF-κB 활성을 억제하고, 이로 인해 IL-8 발현이 조절되었다. SFN은 또한 NADPH oxidase를 억제하여 ROS 생산을 감소시켰다. 게다가 SFN은 JNK/AP-1 신호전달 경로를 통해 LPA 유도된 IL-8 발현을 억제하였다. HT-29 세포에서 LPA로 처리된 Conditioned Media(CM)를 이용한 연구에서, LPA 전처리된 CM는 혈관내피세포의 증식을 촉진하였으나, SFN으로 전처리된 CM은 이를 억제하였다. 또한, SFN은 대장암 세포의 G2/M 단계를 정지시킴으로써 세포 사멸을 촉진하였다. 본 연구에서 SFN의 항암 효과는 LPA 유발된 생쥐 종양 모델을 통해 추가로 확인하였다. SFN은 LPA에 의해 증가된 IL-8 발현을 현저히 억제하며, 종양의 부피와 무게를 유의미하게 감소시켰다.위의 결과들은 SFN이 세포 내 여러 신호 조절을 통해 IL-8 및 IL-6 발현을 조절함으로써 대장암 치료제로 개발 가능성을 시사하여 박사학위를 수여하는 것이 타당하다고 사료된다.