Inhibitory effects of selenium on trastuzumab-resistant human breast cancer cells via downregulation of Akt

Abstract

Introduction: Trastuzumab, the recombinant humanized anti-HER2 monoclonal antibody, is used to treat patients with HER2-positive breast cancers. Even though it was proved to be an effective drug which had improved survival of patients, response rate is only 12-34%. Selenium has antitumor effect against cancer cells and can play a cytoprotective role on normal cells. Effect of selenium on HER2-positive breast cancer cells has not yet been established. Authors designed this study to investigate effect of selenium on cell survival and related mechanism in trastuzumab-sensitive and -resistant breast cancer cells. Materials and Methods: Under adherent culture conditions, two HER2-positive breast cancer cell lines, SK-BR-3 as trastuzumab-sensitive cells and JIMT-1 as trastuzumab-resistant cells, were treated with trastuzumab and sodium selenite. Cell survival rate after 72 h were evaluated and analyzed in each treated group. To observe signaling mechanism related to cell death by sodium selenite, we investigated expression of Her-2, phosphorylated Her2, Akt, phosphorylated Akt and autophagy-related proteins, including LC3B and beclin-1 in both cell lines after treatment. Results: Sodium selenite induced cell death in both cell lines but each cell line showed significant cell death in different concentration of sodium selenite. A combined effect of sodium selenite and trastuzumab for 72 h was similar to or significantly greater than each drug alone. Expression of phosphorylated HER2 decreased in JIMT-1, but not in SK-BR-3 in combination of trastuzumab and sodium selenite. The expression of phosphorylated Akt decreased in JIMT-1 after combination treatment compared to that after only trastuzumab treatment while it increased in SK-BR-3. The expression of beclin1 increased particularly in JIMT-1 after only trastuzumab treatment and it was downregulated in combination treatment. Conclusions: These results showed that selenium had an antitumor effect in trastuzumab-resistant breast cancer cells through downregulation of phosphorylated Akt. Combination of trastuzumab and selenium inhibited beclin1-related autophagy in trastuzumab-resistant breast cancer cells. It is suggested that sodium selenite might be a potent drug to treat trastuzumab-resistant breast cancer and further studies is needed to identify other pathways linked to apoptosis and autophagy by selenium and understand the mechanism at the molecular level.;배경 및 목적: 트라스투주맙은 사람 상피증식인자 수용체 HER2에 대한 재조합사람 단일클론항체로써 HER2 양성 유방암 환자들의 치료제로 사용된다. 트라스트주맙의 치료효과로 환자들의 생존률이 크게 중가한 것은 사실이나 트라스투주맙에 대한 전반적인 반응률은 12-34%에 불과하다. 셀레늄은 정상세포를 보호하면서 암세포에서 항종양효과를 보인다. HER2 양성 유방암세포에 트라스투주맙과 셀레늄을 함께 처리했을 때의 효과는 아직 연구된 바가 없다. 저자들은 트라스투주맙에 반응하는 유방암세포와 트라스투주맙에 저항성을 보이는 유방암세포에서 셀레늄이 세포생존에 미치는 영향을 알아보고 관련한 기전을 연구해 보고자 한다. 대상 및 방법: 트라스투주맙에 반응하는 HER2양성 유방암 세포주 SK-BR-3와 트라스투주맙에 저항성을 보이는 HER2양성 유방암 세포주 JIMT-1을 트라스투주맙과 아셀렌산나트륨을 처리하여 부착배양하였다. 72시간 후 각각의 약물처리군에서 세포생존에 대한 분석을 시행하였다. 아셀렌산나트륨에 의한 세포사와 관련 있는 신호전달경로를 찾기 위해 인산화된 HER2, 인산화된 Akt, 자가소화작용과 연관된 단백질인 LC3B와 beclin1의 발현을 확인하였다. 결과: 아셀렌산나트륨은 트라스투주맙에 대한 반응도에 상관없이 HER2양성 유방암 세포주에서 세포사를 유도하였다. 트라스투주맙에 저항성을 보이는 세포주에서 더 낮은 농도의 아셀렌산나트륨의 농도에 의해 세포사가 일어났다. 트라스투주맙과 아셀렌산나트륨을 함께 처리하였을 때 두 세포주 모두에서 세포성장억제 효과를 나타내었지만 아셀렌산나트륨으로 인한 세포사의 의미 있는 상승효과는 없었다. 트라스트주맙 단독 처리군과 비교하였을 때, 두 약제를 함께 투여한 경우 SK-BR-3 세포에서와는 달리 JIMT-1 세포에서는 인산화된 HER2의 발현이 감소하였다. 또한 트라스투주맙 단독 처리한 군보다 아셀렌산나트륨을 추가 투여하였을 때 인산화된 Akt의 발현이 SK-BR-3세포에서는 증가한 반면, JIMT-1세포에서는 감소하였다. Beclin1은 JIMT-1세포에 트라스투주맙을 단독 처리했을 때에 증가하였으며 이는 아셀렌산나트륨을 추가한 후 감소하였다. 결론: 본 연구 결과를 통해 아셀렌산나트륨은 트라스트주맙에 저항성을 보이는 세포에 대해 인산화된 Akt의 발현을 감소시킴으로써 효과적으로 항종양효과를 나타냄을 확인하였다. 또한 트라스투주맙 투여 후 저항성을 보이는 세포에 아셀렌산나트륨을 처리함으로써 증가된 beclin-1과 연관된 자가소화작용을 억제하였다. 아셀렌산나트륨은 트라스투주맙에 저항성을 보이는 유방암에서 치료제로서의 잠재적 가능성을 보여주었으며, 아셀렌산나트륨이 항종양효과를 나타내는 기전에 대한 추가적인 연구가 수반되어야 할 것이다.