Characterization of Growth Inhibitory Effect of a Novel Cdk2 Inhibitor, BAI, in Various Cancer Cells

Abstract

A novel CDK inhibitor, BAI, inhibited cell proliferation against various human cancer cell lines. BAI-induced apoptosis was associated with the cleavage of PARP and with the inhibition of Akt pathway in A549 cells. Induction of apoptosis was also associated with down-regulation of XIAP, Mcl-1 (L), and c-FLIP (L). However, BAI-induced apoptosis was not abolished by ectopic expression of anti-apoptotic proteins including Mcl-1 (L) and c-FLIP (L). Exposure to BAI results in a dose-dependent decrease in clonogenic survival. BAI caused the release of mitochondria cytochrome c and the activation of caspase-3. BAI-induced apoptosis was inhibited by pan caspase inhibitor (z-VAD-fmk). Moreover, cotreatment with the specific PI3K inhibitor, LY and BAI resulted in a synergistic increase in apoptosis. Taken together, these findings demonstrate for the first time that the molecular mechanisms of anti-cancer properties of BAI. Furthermore, this study also provides the scientific rationale for the potential value of BAI as an anti-cancer drug candidate, which deserves further clinical development. 세포주기의 진행은 연속해서 일어나는 여러 인자들의 인산화 및 상호작용으로 조절되며, 여러 암세포들은 이러한 세포주기에 이상이 생겨 비정상적인 세포주기진행을 나타내는 것이 특징인데, 이러한 세포주기 진행에 중요한 역할을 하는 CDK를 억제하는 것이 새로운 암세포 치료의 target으로 각광받고 있다. 새로운 CDK2 억제제로 개발된 BAI에 의한 세포사멸 기전에 대하여 연구하였다. 인간 폐암세포에 다양한 농도의 BAI를 24시간 처리한 후, 세포사멸과정 중의 분자 생물학적 및 생화학적 특성을 관찰하였다. BAI 처리 시 농도 의존적으로 여러 가지 인간 암세포 주에서 증식억제 현상을 보였다. 또한 DNA 분절 증가, PLC-γ1의 분절 증가 및 caspase-3 활성 증가현상을 보였다. 이런 현상은 caspase 억제제(z-VAD-fmk)에 의해 저해되므로 BAI에 의해 유도되는 세포사멸은 caspase 의존적인 기전을 통해 일어남을 알 수 있었다. 세포사멸을 조절하는 다른 유전자인 Bcl-2 family (Bax, Bcl-xL, Mcl-1 (L)중 Bcl-xL은 변화가 없었지만, Mcl-1 (L)의 감소가 관찰되었고, 세포사멸을 저해하는 유전자로 알려진 IAP family중 XIAP가 감소하였다. 또한, caspase-8 억제제로 알려진 c-FLIP (L)의 감소도 관찰되었다. Mcl-1 (L) 및 c-FLIP (L)이 과발현된 신장암 세포에서도 BAI에 의한 세포사멸 유도, caspase-3 활성, PLC-γ1의 분절이 관찰되었다. 이 결과는 BAI에 의한 XIAP, Mcl-1 (L) 및 c-FLIP (L)의 감소가 BAI에 의한 세포사멸에는 주요한 작용을 하지 않는다는 것으로 생각된다. 폐암세포에서 세포생존에 중요한 작용을 하는 Akt의 활성이 BAI에 의해 억제되었고, Akt를 일시적으로 과발현한 폐암세포에서 BAI에 의한 세포사멸이 저하되었다. 이 결과는 BAI에 의한 세포사멸과정에 Akt가 중요한 역할을 한다고 생각된다. 폐암세포에 BAI와 Akt 신호전달의 상류 신호 전달계인 PI3K의 특이적 억제제인 LY를 각각 세포독성이 없는 농도로 24시간 혼용 처리하였더니, PLC-γ1의 분절 및 caspase-3 활성이 관찰되었다. 따라서, 이 연구를 통하여 새로 개발한 CDK2 억제제인 BAI가 여러 가지 종양 세포 주에서 항종양 효과의 기전을 처음으로 규명하였으며, 이런 결과는 BAI가 새로운 항암제로서 임상에 적용해볼 가치가 있음을 나타내는 과학적 근거를 제공하는 것이다.