Nutlin-3 Sensitizes TRAIL-induced Apoptosis through p53- and ROS-Dependent DR5 Up-regulation

Abstract

Nutlin-3 is a novel small-molecule antagonist of human homolog of mouse double minute (MDM2), which binds MDM2 in the p53-binding pocket and activates the p53 pathway in cancer cells. In this study, I investigated tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) sensitizing effect of nutlin-3 and the mechanism of DR5 up-regulation by nutlin-3 on Caki cells. Co-treatment with nutlin-3 and TRAIL induces apoptosis in the human renal cancer cells Caki cells but not in human normal cell lines. Especially, treatment of Caki cells with nutlin-3 induced activation of p53 and up-regulation of death receptor 5 (DR5) in mRNA and protein levels. Moreover, the combined treatment with nutlin-3 and TRAIL dramatically induced apoptosis in HCT116 cells (p53 wild-type), but not in HCT116 p53-/- cells, suggesting that p53 mediated DR5 up-regulation is critical for sensitizing effect of nutlin-3 on TRAIL-induced apotosis. Interestingly, nutlin-3 induced ROS generation and pre-treatment with an antioxidant inhibits nutlin-3-induced up-regulation of DR5. Taken together, nutlin-3-induced DR5 sensitizes TRAIL-mediated apoptosis, and up-regulation of DR5 is controlled by p53 and reactive oxygen species generation in human renal cancer Caki cells. These results may offer a new and novel therapeutic approach to cancer therapy. Nutlin-3는 murine double minute (MDM2)의 길항적 저해제로 MDM2의 p53 결합 부위에 작용하여 암 세포에서 p53 경로를 활성화 시킨다. 본 연구에서는, Caki 세포주에서 nutlin-3의 TRAIL 매개 세포사멸 상승효과와 nutlin-3에 의한 DR5 증가 기전을 규명하였다. Nutlin-3와 TRAIL의 혼용 처리시 인간 신장암 세포주인 Caki 세포에서 세포사멸이 유도되는 것을 확인할 수 있었지만, 정상 세포에서는 아무런 영향도 없음을 확인하였다. 특히, nutlin-3 처리 시 Caki 세포에서 p53과 DR5 단백질의 증가를 동시에 확인하였다. 게다가, p53 결핍 HCT116 세포와 정상적으로 p53을 발현하는 HCT116 세포에 nutlin-3와 TRAIL의 혼용 처리는 HCT116 세포에서만 세포 사멸을 유도하는 것을 통해, p53 의존적인 DR5 증가가 nutlin-3의 TRAIL 매개 세포사멸 증진 효과에 중요한 역할을 한다는 것을 확인하였다. 흥미롭게도, nutlin-3는 활성산소종 생성을 유도하였고 항산화물질 전처리시 nutlin-3에 의해 증가된 DR5가 감소되는 것을 확인하였다. 그렇지만 nutlin-3 에 의한 p53 증가와 ROS 생성은 독립적으로 DR5를 조절한다는 것을 확인하였다. 결론적으로, Caki 세포에서 nutlin-3에 의한 DR5 증가는 TRAIL 매개의 세포사멸을 상승시키는 효과를 가지고 있으며 이러한 DR5 발현 증가는 p53과 ROS 생성을 통해 이루어진다고 생각된다. 따라서 Nutlin-3와 TRAIL 혼용 처리에 의한 극적인 암 세포 사멸 유도와 그에 대한 기전 규명은 새로운 암 치료제 개발에 대한 가능성을 제공하겠다.