Overcoming HSP27-mediated Resistance by Altered Dimerization of HSP27 using Small Molecules

Abstract

Heat shock protein 27 (HSP27, HspB1) is a stress-induced chaperone that promotes acquired resistance in several cancers including prostate, lung, breast, ovarian, bladder, renal, pancreatic, multiple myeloma and liver cancer. HSP27 is induced by radiation or chemotherapeutic agents and protects the cells from treatment-induced apoptosis. About 70-80% of lung cancer patients have been reported to express the high level of HSP27. Also, an increased level of HSP27 via activation of HSF1 is induced by radio- or chemotherapy. HSP27 is an anti-apoptotic protein characterized for its tumorigenic and metastatic properties. Virtually, HSP27 overexpression in patients with lung cancer has limitation to the activation of therapeutic agents. The biochemical properties of HSP27 rely on a structural oligomeric and dynamic organization that is important for its chaperone activity. Unlike other HSPs such as HSP90 and HSP70, small molecule approaches for neutralization of HSP27 are not well established because of the absence of an ATP binding domain. Previously, we found that a small molecule, zerumbone (ZER) containing the-unsaturated carbonyl group, induced altered dimerization of HSP27 by cross linking the cysteine residues required to build a large oligomer, inhibited large oligomerization, and led to sensitization in combination with radiation. In this study, we identified another small molecule, a xanthone compound, more capable of altering dimeric HSP27 than ZER and yielding sensitization in non-small cell lung carcinoma cells when combined with 17-AAG that inhibits the function of HSP90. Moreover, this xanthone compound also showed the sensitization in combination with standard anticancer modalities such as irradiation and anticancer drugs. Therefore, altered dimerization of HSP27 represents a good strategy for anticancer therapy in HSP27-overexpressing cancer cells.;HSP27은 27kDa의 열충격 단백질로 폐암, 유방암, 난소암 및 췌장암, 간암 등 암환자에게서 방사선이나 항암제 치료 시 샤페론으로 작용하여 항암치료에 대한 내성을 유발시킨다. 또한 HSP27은 흔히 암세포에 과발현 되어있어 세포사멸을 억제할 뿐만 아니라 종양 세포의 증식, 분화, 전이를 촉진한다. 현재 폐암 환자의 70~80%에서 HSP27이 과발현되어 있으며 발현이 낮은 환자에 비해 예후가 좋지 못함이 보고된 바 있다. 이러한 보고들은 항-HSP27 작용제에 대한 타게팅 전략이 중요함을 뒷받침 한다. HSP27은 ATP binding domain을 갖고 있는 HSP90이나 HSP70과는 달리 작은 열충격 단백질로서 ATP binding site를 갖고 있지 않아 ATP independent한 샤페론으로서 작용한다. 특히, HSP27의 oligomerization이 샤페론 활성에 중요하다. 선행연구에서 small molecule인 Zerumbone (ZER)은 large oligomer 형성에 필수적인 시스테인 잔기에 비정상적으로 결합하여 HSP27의 변형된 이량화를 유도함으로서 large oligomerization을 억제하고 방사선과 병용 처리시 방사선에 대한 sensitivity가 증가하는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 ZER보다 강하게 HSP27의 변형된 이량화를 유도하는 xanthone compound인 small molecule들을 선택하였으며 비소세포폐암에서 유래된 NCI-H460 세포에서 방사선 및 HSP90 억제제와 xanthone compound를 병용 처리하여 세포사가 증가함을 확인하였다. 또한 항암제로 사용되는 Taxol 및 Cisplatin과 병용 처리시에도 방사선 병용 효과와 유사한 세포 사멸 증진 효과를 확인하였다. 따라서, HSP27의 변형된 이량체를 유도하는 것은 HSP27이 과발현된 암 및 HSP27-매개된 항암제 내성을 극복하기 위한 좋은 전략이 될 수 있을 것이다.