종양 저산소증은 암세포의 가소성과 치료 저항성에 기여하는 암 줄기세포 (cancer stem cell; CSC) 유사 표현형 발달에 중요한 요소로 간주됩니다. 세포의 산화-환원 균형을 위한 일군의 유전자 발현을 활성화하는 전사인자인 nuclear factor erythroid 2-like 2 (NFE2L2/NRF2)의 높은 발현은 종양성장 촉진 및 치료 저항성과 관련이 있습니다. 본 연구에서는 만성적 저산소 노출의 대장암세포주와 von-Hippel Lindau (VHL) 돌연변이의 투명세포신세포암종(clear cell renal cell carcinoma; ccRCC) 세포주를 사용하여 암줄기세포 유사 표현형 획득에서의 NRF2 역할을 연구하였습니다. 대장암 세포에서 72 시간 동안의 저산소증은 암줄기세포 마커인 Octamer binding transcription factor 4 (OCT4)와 Krupple-like factor 4 (KLF4)의 증가, hypoxia-inducible factor-2α (HIF-2α) 축적에 따른 암세포 이동성 및 spheroid 성장능 증가 등 CSC 표현형을 초래했습니다. 한편, HIF-2α 억제는 이러한 만성 저산소증 유도 CSC 표현형을 약화시켰습니다. 대장암세포주에서 NRF2 의 영구적 넉다운은 만성 저산소 조건에서 HIF-2α 축적을 차단하여 CSC 마커 발현 억제와 함께 colony 성장, 세포 이동성, spheroid 형성능, 약물 내성 및 종양 성장을 감소시켰습니다. 또한, brusatol 에 의한 NRF2 억제는 HIF-2α 및 CSC 유사 성격 발현을 억제하고, 암세포 이식 마우스에서 종양성장을 감소시켰습니다. 반대로, NRF2 과활성화는 만성 저산소증으로 인한 HIF-2α 축적과 암세포 이동성을 향상시켰습니다. 분자기전으로, NRF2 억제 세포에서 발현이 증가한 miR-181a-2-3p 는 HIF-2α 의 3'-UTR 을 표적하는 것으로 입증되었으며, 이후 만성 저산소증 유도 HIF-2α 발현과 CSC 표현형을 억제하는 것으로 밝혀졌습니다. 결과적으로, NRF2 넉다운 대장암 세포에서의 miR-181a-2-3p 억제는 만성 저산소증 조건에서HIF-2α 발현을 회복시키고 대장암의 종양 형성을 증가시켰습니다. 이와 같이, NRF2/miR-181a-2-3p 신호계는 만성 저산소증 환경에서 HIF-2α-매개 CSC 유사 성격 발달에 기여하고 있습니다. 또한, ccRCC 모델에서 HIF-2α 의 지속적인 발현은 임상 분석에서 CSC 마커 및 NRF2 표적 유전자의 더 높은 발현과 양의 상관관계를 가진 것으로 나타났습니다. 다수의 VHL 변이 ccRCC 세포주에서 NRF2 넉다운은 HIF-2α 의 전사 및 단백질 수준을 억제하고 암줄기세포 유사 표현형 발달을 저해했습니다. 프로모터 분석을 통해 NRF2 가 HIF-2α 프로모터 상의 ARE(antioxidant-response element)-유사 서열을 통해 HIF-2α 발현을 직접적으로 조절할 수 있음을 밝혔습니다. 또한, NRF2 의 억제제인 brusatol 과 luteolin 은 HIF-2α 유도 암줄기세포 유사 표현형을 억제했습니다. 따라서, 본 연구는 만성 저산소 노출 대장암 세포와 VHL 변이 투명세포신세포암중에서 NRF2 가 HIF-2α 의 증가를 효과적으로 억제함을 밝혔으며, 그 분자적 기전을 규명하였습니다. 이러한 결과는 암의 난치성의 핵심인 암줄기세포 특성 발달에서의 NRF2-HIF-2α 의 신규한 역할을 제시하고 있으며, 더 나아가 NRF2-HIF-2α 이 암치료를 위한 표적이 될 수 있음을 보여주고 있습니다.