BH3 Mimetics에 의한 G2/M 세포주기 정지 의존성 유방암 세포사멸 기전

Abstract

항암제들을 장기간 투여하면 암세포는 약물에 저항성을 획득할 수 있으며, 또 항암치료를 받은 환자들에게 많은 부작용이 나타나게 된다. 기존의 항암제들을 낮은 농도로 사용하면서 다른 약물과 병합처리한다면 항암제에 의한 부작용을 감소시키고 암세포의 사멸을 유도하는 새로운 치료법이 될 수 있다. 본 연구에서는 유방암 세포에서 세포분열을 억제하는 세포주기 정지 유도약물(aurora kinase 억제제; VX680)과 암세포사멸억제 단백질인 Bcl-2의 활성을 억제하는 약물(ABT-737)을 함께 처리함으로써 세포사멸 증가 가능성을 연구하고 이에 관여하는 분자적 기전을 규명하고자 하였다. 유방암 세포인 MDA-MB435S에서 VX680과 ABT-737을 함께 처리했을 때 sub-G1기 증가, PARP의 분절 형태 및 DNA의 단편화가 증가하는 것으로 apoptosis가 나타난 것을 확인할 수 있었다. 두 약물 병용에 의한 apoptosis는 pan-caspase 억제제 전처치에 의하여 억제되었으며, 이는 apoptosis가 caspase 의존적임을 나타낸다. apoptosis와 관련된 기전을 확인하기 위해 apoptosis 관련 단백질의 발현을 확인한 결과 두 약물을 함께 처리했을 때 Bcl-2의 mRNA 및 단백질 발현이 감소하였으며, c-FLIP과 Mcl-1은 단백질 발현이 감소하였다. 이러한 단백질과 apoptosis 간의 상관관계를 확인하기 위하여 Bcl-2와 c-FLIP을 과발현시킨 세포주에 ABT-737과 VX680을 병합처리한 결과 이 단백질들이 과발현된 세포에서도 apoptosis가 유도되는 것을 확인할 수 있었다. Mcl-1이 과발현된 세포에서는 ABT-737과 VX680의 병합처리시 apoptosis가 부분적으로만 억제되는 것을 확인하였다. 이는 Bcl-2, c-FLIP, 또는 Mcl-1이 과발현되어 있더라도 VX680과 ABT-737 병용은 apoptosis를 유도하는 강력한 항암력이 있음을 나타낸다. VX680 외에 다른 G2/M 주기 정지를 유발하는 약물과 ABT-737를 함께 처리했을 경우에도 apoptosis가 유도되는 것을 확인하였다. 이러한 VX680과 ABT-737의 병용에 의한 apoptosis는 정상 세포에서는 일어나지 않았으며, 이는 암세포에 특이적으로 apoptosis를 유도할 수 있음을 나타낸다. 본 연구를 통해 탁월한 항암효과를 보인 aurora kinase 억제제와 Bcl-2 활성 억제제 병용 치료법은 암세포의 약물 저항성을 극복하고 부작용을 줄일 수 있는 새로운 치료 기술을 개발하는 데 활용될 수 있다고 생각된다.

ABT-737 has been developed as a BH3-mimetic small molecule inhibitor and binds with very high affinity to Bcl-2, Bcl-xL and Bcl-w, and inhibits their activity. VX680 has been developed as an inhibitor of aurora kinase, one of the serine/threonine kinases family and vitally critical regulators of mitosis. In this study, I investigated effects and mechanisms of combined treatment with ABT-737 and VX680 in human breast cancer MDA-MB435S cells. ABT-737 plus VX680 induced caspase-dependent apoptosis in human breast cancer cells. Combination treatment with ABT-737 and VX680 led to the down-regulation of c-FLIP and Mcl-1 expression at the post-translational levels and led to the down-regulation of Bcl-2 expression at the transcriptional levels. Over-expression of Bcl-2 or c-FLIP could not block the induction of apoptosis caused by the treatment with ABT-737 and VX680 induced apoptosis in combination treatment with ABT-737 and VX680, but over-expression of Mcl-1 partially inhibited the induction of apoptosis. In contrast, combination treatment with ABT-737 and VX680 had no effect on apoptosis in normal cells. Cumulatively, my study demonstrates that combined breast cancer cells highly expressing anti-apoptotic proteins (Bcl-2 or c-FLIP) expressed cells.