The Apoptotic Mechanisms of a Novel Cyclin-dependent Kinase Inhibitor, BMI-1026

Abstract

암세포의 세포자멸사 저항성은 항암치료가 실패하는 주원인이 되고 있으며, 세포자멸사 저항성 극복을 위해 최근 다양한 항암표적을 동시에 제어하는 다중표적 항암제가 주목받고 있다. 본 연구에서는 새로운 cyclin-dependent kinase 억제제로 개발된 BMI-1026[2,4-bis (2-amino-pyrimidin-4-yl) phenol]의 다양한 항암 표적을 재발견함으로써 다중표적 항암제로서의 가능성을 밝히고자 하였다. BMI-1026은 여러 가지 인간 암세포주에서 세포자멸사와 G2/M기 차단 효과가 나타나며, 신장암 세포주인 Caki 세포에서는 세포 증식과 이동을 억제하였다. BMI-1026에 의한 세포자멸사는 caspase 활성화와 관련이 있었다. BMI-1026은 inhibitor of apoptosis protein(IAP) family[cIAP1, cIAP2, X-linked inhibitor of apoptosis protein(XIAP)], pro-survival B-cell lymphoma(Bcl) family[Bcl-2, myeloid leukemia-1(Mcl-1) (L), Bcl-xL] 및 FLICE-like inhibitory protein(c-FLIP) (L)의 단백질 발현을 억제하였으며, 이들 중 XIAP 및 Bcl-2의 발현은 전사수준에서 감소시켰다. Mcl-1 (L)이 과발현된 Caki 세포에 BMI-1026을 농도별로 처리한 결과 세포자멸사가 부분적으로 억제되었으나, Akt 및 Bcl-2가 과활성화된 Caki 세포에서는 세포자멸사가 여전히 높게 유도되었다. BMI-1026은 종양억제 단백질인 p53과 PUMA의 발현을 증가시켰다. BMI-1026은 p53이 정상적으로 발현되는 HCT116(p53+/+) 세포주에는 세포자멸사를 유도하나 HCT116(p53-/-) 세포주에는 세포주기를 G2/M기에서 차단시켰다. 이상의 결과는 BMI-1026가 caspase-의존적 세포자멸사 유도작용, 세포자멸사 저항성 분자 발현 억제효과, 암 억제 유전자인 p53 유도작용 및 p53 변이주에서 세포주기 차단 작용이 있음을 나타내며, Akt가 과활성화된 암세포에서도 세포사멸을 유도할 수 있는 강력한 항암성 물질임을 나타낸다. BMI-1026의 이러한 다양한 항암 작용은 이 분자가 세포자멸사 저항성 극복을 위한 새로운 다중표적 항암제로서 가능성이 있음을 나타낸다.

Recently, multi-target anti-cancer agents have been spotlighted in cancer therapeutic research field. The purpose of this study is to reveal the anticancer potential and mechanisms of a novel cyclin-dependent kinase inhibitor, BMI-1026 [2,4-bis (2-amino-pyrimidin-4-yl) phenol]. BMI-1026 induced apoptosis and G2/M arrest in various human cancer cell lines, and BMI-1026-induced apoptosis was associated with activation of caspases. BMI-1026 induced down-regulation of inhibitor of apoptosis protein (IAP) families [cIAP1, cIAP2, and X-linked IAP (XIAP)], pro-survival B cell lymphoma (Bcl) families [Bcl-2, myeloid leukemia-1 (Mcl-1) (L), Bcl-xL, and FLICE-like inhibitory protein (c-FLIP) (L)]. BMI-1026 treatment decreased the mRNA levels of XIAP and Bcl-2, but not those of c-FLIP (L) and Mcl-1 (L) in Caki cells. BMI-1026-induced apoptosis was partially inhibited in Mcl-1 (L) overexpressing Caki cells, but not in p-Akt or Bcl-2 overexpressing Caki cells. Moreover, BMI-1026 induced up-regulation of p53 and p53 up-regulated modulator of apoptosis (PUMA) in Caki cells. Interestingly, BMI-1026 induced apoptosis in p53 null type HCT116 p53 (+/+) cells, but it arrested cell cycle in G2/M phase in HCT116 p53 (-/-) cells. Taken together, this study suggests the scientific rationale for the potential value of BMI-1026 as a multi-target anti-cancer agent, which deserves further clinical development.