The PFI-3 bromodomain inhibitor sensitizes human cancer cells to doxorubicin by blocking DNA repair

Abstract

Chemotherapy uses chemical drugs to eliminate or prevent proliferating cancer cells in the patients. A combination of two or more different drugs is often used to drive better cancer treatment outcomes than those achieved by a single drug treatment. This study aims to investigate an applicability of PFI-3, a recently developed bromodomain inhibitor that specifically targets the SWI/SNF chromatin remodeling complex with a DNA repair activity, in colon cancer treatment, and elucidate the molecular mechanism by which the inhibitor kills colon cancer cells. With the previous finding that PFI-3 effectively blocks chromatin binding of its target proteins, the BRG1, BRM, and BAF180 subunits of SWI/SNF, I examined whether PFI-3 would sensitize HT29 human colon cancer cells to the chemotherapeutic drugs such as doxorubicin. I found that, although not having significant toxicity on its own, PFI-3 exhibited a strong synergistic activity with doxorubicin to kill HT29 cells. A serious of mechanism studies, including DNA repair analysis and genome-wide transcriptome profiling, revealed that PFI-3 sensitizes HT29 cells to doxorubicin by directly blocking SWI/SNF’s chromatin binding and thereby compromising its DNA repair activity. Further, I found that PFI-3 largely increased the doxorubicin-induced necrosis in HT29 cells. These results demonstrate that PFI-3 has a synergistic activity in combination with doxorubicin to kill colon cancer cells via defective DNA repair and increased necroptic cell death, providing the molecular basis that could embody the possibility of being developed as a potential chemotherapy sensitizing agent in colon cancer treatment.;약물 치료는 암세포의 성장 억제하거나 암세포의 사멸을 유도하며 암을 치료하는 방법 중 하나이다. 하지만 암세포의 DNA 복구나 약물에 의한 부작용으로 인해 치료가 실패하는 경우가 종종 일어난다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 여러 가지 약물을 병용하여 암세포를 효과적으로 치료하는 방법이 개발되고 있다. SWI/SNF 크로마틴 리모델링 복합체의 catalytic subunit ATPase BRG1은 DNA이중나선절단 복구에 직접적인 역할을 한다. 이러한 복구 단백질을 막음으로써 DNA 복구 과정을 막는 것은 암세포의 민감도를 향상시킬 수 있다. 이번 연구에서 최근 개발된 BRG1 BRD와 결합하는 small molecule PFI-3가 Doxorubicin와 병용되었을 때, 암세포의 DNA 손상 민감도를 높일 수 있는지 조사함과 동시에 분자적 메커니즘에 대해서 조사하였다. 먼저 다양한 암세포에서 PFI-3와 Doxorubicin을 병용했을 때 세포사멸증진효과가 있는 것을 확인하였다. HT29와 H460 세포에서 PFI-3가 BRG1, BRM, 그리고 SWI/SNF 복합체의 core subunit인 BAF180을 타겟 함으로써 Doxorubicin에 의한 DNA 손상 민감도를 높이고, 세포사멸에 있어 시너지효과를 보였다. 그러나 BRG1이 존재하지 않은 H1299세포에서는 세포사멸에 있어 PFI-3와 doxorubicin의 시너지효과는 보이지 않았지만, PFI-3 자체만으로 세포사멸 효과를 보였다. 그리고 PFI-3와 doxorubicin을 병용했을 때 세포사멸증진효과가 있는 암세포에서 SWI/SNF 크로마틴 리모델링 복합체가 DNA 손상 복구에 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다. 메커니즘 연구를 통해 HT29세포에서 PFI-3가 doxorubicin에 의해 모집된 BRG1 BRD와 BRM BRD이 크로마틴에 결합을 억제하는 것을 밝혔다. 또 한PFI-3와 doxorubicin의 병용 요법에 의해 대부분의 암세포가 necrosis로 사멸하는 것을 알아내었다. RNA-sequencing을 통해 PFI-3가 DSB 복구 유전자 발현을 조절하기 보다는 BRG1 와 BRM 의 크로마틴 결합을 억제하여 직접적으로 암세포사멸에 관여하는 것으로 추측할 수 있었다. 이러한 결과들은 PFI-3가 doxorubicin와 병용하였을 때 암 치료를 위한 새로운 민감제가 될 수 있음을 제시한다.