Altered Cross-linking of HSP27 by Small Molecules

Abstract

Heat shock protein 27 (HSP27) plays a role in the inhibition of apoptosis caused by various stimuli. Many clinical trials have revealed the relationship between HSP27 and aggressive cancers, metastasis, promoting drug resistance, poor patient outcomes. Over-expression of HSP27 have been discovered in various cancer types, including non-small cell lung cancer (NSCLC). Therefore, inhibition of HSP27 expression in NSCLC may be a good therapy. But, HSP27 is a difficult protein to target. Because unlike HSP90 or 70, it lacks an ATP-binding pocket. Hence, HSP27 is importance as cancer target, but only two HSP27 inhibitors (OGX-427 and RP101) are in clinical trials. Previously, we found that a small molecule, Zerumbone (ZER) and SW15, induced altered dimerization of HSP27, inhibited building a large oligomer and led to sensitization in combination with radiation and chemotherapy. In this study, I carried out combination chemotherapy with J2, HSP27 cross-linker and some anticancer drugs. Combination chemotherapy is a widely used therapy of cancer by reason of the development of heterogeneity and drug resistance of cancer cells. Many studies have shown that the over-expression of HSP27 induces cellular resistance to some anticancer drugs. Cell death was potentially increased in combination with taxol, cisplatin, 17-AAG and J2 in NCI-H460, NSCLC cells. In addition, EGFR mutation, which has the second highest mutation rate in lung cancer, causes excessive growth of cancer cells because the signal such as cell growth or proliferation is continuously activated. I also examined the combination effect of gefitinib, EGFR-TKI and J2. As a result, synergism between gefitinib and J2 was observed not only in EGFR mutant type cell lines but also in wild type cell lines. As such, J2 has a potent synergistic effect, but has poor solubility and low pharmacokinetics (PK) values in mice. Therefore, screening was performed to find more druggable compounds. In conclusion, combination chemotherapy with a compound that induces altered cross-linking of HSP27 and other anticancer drugs may be a good strategy to overcome the resistance of anticancer drugs in HSP27-over-expressing cancer cells.;HSP27은 27kDa의 열충격 단백질로써, 다양한 자극에 의한 세포사멸을 억제하는 샤페론적인 역할을 한다. 임상샘플을 이용한 연구에서 HSP27는 항암내성, 암전이등의 나쁜 예후와 관련 있음이 밝혀졌고 비소세포폐암을 포함한 다양한 암종에서 HSP27가 과발현 되어 있음이 확인되었다. 따라서 비소세포폐암에서 HSP27의 발현을 억제하는 것은 좋은 치료 전략이 될수 있을 것으로 예상되나 HSP27은 HSP90이나 HSP70과는 달리 ATP-binding pocket이 없어 약물 스크리닝이 어려운 단백질이다. 그런 이유로, HSP27이 항암전략에 중요한 타겟임에도 불구하고 현재 2개의 HSP27 억제제 (OGX-427과 RP101)만이 임상시험 중에 있다. 선행연구에서 Zerumbone (ZER)과 SW15가 HSP27의 변형된 이량화를 유도함으로써 large oligomer의 형성을 막아, 방사선이나 화학요법과의 병용 처리 시 민감성이 증가하는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 ZER과 SW15보다 HSP27의 변형된 이량화를 더 강하게 유도하는 J2라는 화합물을 이용하여 몇 가지 항암제와 병용 처리하는 실험을 수행하였다. 병용 화학요법은 암세포들의 이질성과 내성을 이유로 널리 쓰이는 치료법이다. 비소세포폐암에서 유래된 NCI-H460 세포에서 taxol, cisplatin, 그리고 HSP90 억제제인 17-AAG와 J2를 병용 처리 하였을 때 세포사가 증가함을 확인하였다. 또한 폐암에서 돌연변이 비율이 두 번째로 높은 EGFR 돌연변이는 세포 성장이나 분화 등의 신호가 계속 활성화되어 억제되지 않는 성장을 하기 때문에 암세포의 과도한 성장을 일으키게 된다. EGFR 돌연변이를 타겟으로 만들어진 항암제인 gefitinib과 J2와의 병용 처리도 해본 결과, EGFR 돌연변이 세포주는 물론이고 EGFR 정상 세포주에서도 세포 사멸 증진효과를 확인할 수 있었다. 이처럼 J2는 병용효과가 뛰어난 화합물이지만 낮은 용해도와 PK 값으로 의약품으로 적절하지 못한 화합물이다. 따라서 더 좋은 물질을 찾기 위한 스크리닝을 수행하였다. 결론적으로, HSP27의 변형된 이량화를 유도하는 화합물과 다른 항암제와의 병용 화학요법은 항암제의 내성을 극복하기 위한 좋은 전략일 것이다.