Dual inhibitory activity of azaxanthone derivatives for EGFR and HER2 tyrosine kinase in breast cancer cell lines

Abstract

유방암에서 HER2 원발암 유전자와 Topoisomerase IIα 유전자는 화학적 치료를 위해 중요한 결정적 요인이다. HER2는 막단백질로써 세포 성장, 혈관신생, 전이 등을 조절한다. 그러나 HER2가 과발현되면 세포 성장과 증식을 야기시켜 결과적으로 공격적인 유방암세포가 된다. 유방암 환자 중 HER2 과발현률은 대략 20~35% 정도이다. Topoisomerase는 DNA를 절단하고 재결합시켜 DNA가 복제되도록 하는 효소이다. Topo IIα유전자는 HER2유전자와 염색체 17번에 근접하게 위치한다. HER2와 Topo IIα가 근접하게 위치하는 것은 HER2 표적 단일클론항체 tratuzumab과 anthracycline계 항암제를 같이 처방하였을 때 항암 효과의 상승 작용이 나타남으로 알 수 있다. 본 논문에서는 HER1, HER2, Topo I 또는 Topo IIα가 발현된 다양한 세포를 이용하여 65가지의 화합물의 활성을 평가하였다. HER1, HER2, Topo I 그리고 Topo IIα의 단백질 발현과 mRNA의 발현을 비교하여 세포의 특성을 검토하였다. 65가지의 화합물 중 HER1 양성 세포와 HER2 양성 세포에 특별히 항암효과를 나타내는 3가지 화합물을 발견하였다. 3가지 화합물(CHO3, CHO10, CHO16)이 HER1과 HER2의 단백질 발현과 mRNA의 발현에 미치는 영향을 확인하였다. 또한 tyrosine kinase 억제제 (BMS599626, CI-1033, Gefitinib), CHO3, CHO10 그리고 CHO16의 topoisomerase 억제 효과를 조사하였다. 그러나 후보물질(CHO3, CHO10, CHO16)과 tyrosine kinase 억제제(BMS599626, CI-1033, Gefitinib)는 topoisomerase I과 IIα 억제 효과가 없었다. 후보 물질 중 CHO10 화합물은 ERBB (epidermal growth factor receptor) pathway에서 MAPK (mitogen activated protein kinase)와 AKT (PI3K/AKT/mTOR pathway)를 효율적으로 억제하였다. MAPK의 인산화와 AKT의 인산화를 농도와 시간 의존적으로 억제하여 세포사멸을 유도하였다. CHO10 화합물은 기존의 tyrosine kinase 억제제인 CI-1033과는 다르게 세포주기의 제 1 휴지기(G1) 또는 제 2 휴지기(G2)를 막는 것과는 독립적인 작용으로 세포사멸을 유도하였다. 그러나 CHO10 화합물은 기존의 tyrosine kinase 억제제인 CI-1033과 Gefitinib 만큼의 효과적인 세포사멸을 보였다. 본 논문의 연구 결과를 통해 새로운 CHO10 화합물이 HER1과 HER2 양성 유방암을 효과적으로 저해할 수 있음을 기대 할 수 있었다. ;The amplifications of human epidermal growh factor receptor 2 (HER2) oncogene and topoisomerae II (Topo II) gene are important determinants for the response to chemotherapy in breast cancer. HER2 is a membrane protein regulates cell growth, angiogenesis and metastasis. However, the overexpression of her2 causes increased cell growth and proliferation, often resulting in more aggressive breast cancer cells. The HER2 protein overexpression wes observed in approximately ~35% of breast cancer patients. Topoisomerases are enzymes that cleave and religate DNA in order to facilitate DNA replication. The Topo II gene is located close to the HER2 gene on chromosome 17q12-21. This proximity on chromosome between HER2 and Topo II may explain that tratuzumab, a HER2 targeting monoclonal antibody drug, shows increase anticancer activity synergistically when co-treated with anthracycline type anticancer drugs. In this study, we evaluated anticancer activity of 65 compounds against diverse cell lines such as Her1, Her2, Topo I or Topo II amplified cell lines. We characterized each cell line used in this study to clarify the relationship between gene amplification and protein overexpression of Her1, Her2, Topo I, and Topo II. We found three compounds which showed most potent anticancer activity in Her1 positive and Her2 positive cell lines. We assessed the effects of three compounds such as CHO3, CHO10 and CHO16 mRNA and protein levels of Her1 and Her2 using RT-PCR and western blotting. Also, we examined topoisomerases inhibitory activity of BMS599626, CI-1033, Gefitinib, CHO3, CHO10 and CHO16. All compounds have no effect on topoisomerases signal. Especially, CHO10 compound efficiently inhibited ERBB pathway such as MAPK and AKT pathway. Through inhibitory phosphorylation of MAPK and AKT in a dose- and time- dependent maner and then induced apoptosis. The apoptoic mechanism of CHO10 compound seems to be different that of CI-1033, CHO10 induced apoptotics in G1 or G2 arrest-independent. However apoptotic efficiency of CHO10 similar to that of CI-1033 or Gefitinib as a positive control. Our results suggest the possibility of CHO10 compound as a novel small molecule that potentially prevents Her1 and Her2 positive breast cancer.