Sensitization of Lung Cancer Cells by Combination of Anticancer Strategy and HSP27 Small Molecule Inhibitors

Abstract

폐암은 다양한 암 종 중에서 사망률이 가장 높은 병으로 크게 소세포폐암과 비소세포폐암으로 구분되어 진다. 전체의 폐암 환자들 중에서 3/4 정도가 비소세포폐암으로 진단되고, 비소세포폐암 환자들은 HSP27의 발현이 높다는 연구 결과가 있다. HSP27은 27kDa의 작은 열충격단백질에 속한다. 우리 세포가 산화적 스트레스, 부상, 열과 같은 스트레스 자극을 받게 되면 HSF1에 의해 HSP27이 발현되고, HSP27은 샤페론 기능을 통하여 세포 사멸을 억제한다. HSP27이 암세포에서 과발현 될 경우, 암세포의 세포사멸의 억제, 전이, 항암제 내성 유발을 일으키기 때문에 우리는 HSP27을 억제함을 통하여 방사선이나 화학요법에 의한 민감성을 증가시키는 것이 비소세포폐암의 치료 전략이 될 수 있다고 생각했다. 이전 연구 결과에서 우리는 zerumbone (ZER)에 의해 비정상적인 이량화를 통한 HSP27의 기능 억제를 확인하였고, 그것의 메커니즘에 대해 밝혔지만, ZER의 경우 천연물에서 유래된 물질로 용해도가 낮고 대량 생산이 힘들다는 단점이 있어 이어지는 후속 연구를 통하여 합성 화합물들의 스크리닝을 진행하였고, SW15 이어서 J2를 선택해 실험을 하였다. 그 중 J2는 비정상적인 이량화 기능과 다른 항암제들과 병용 처리시 세포의 민감성이 증가되는 것을 확인하였다. 하지만 J2는 낮은 용해도와 짧은 pKa 값으로 의약품으로 사용되기 힘든 단점을 가진다. 따라서 이어지는 합성화합물 스크리닝을 통해 NA27과 NA49를 다시 선택하여 실험을 진행하였다. NA27은 동물실험에서 paclitaxel과 병용 처리할 경우 암세포의 성장을 크게 억제하는 것을 확인한 후 세포 실험 또한 진행하였다. NA27은 비정상적 이량화 능력이 더 J2보다 좋았으나, 다른 항암제와 병용 처리시 세포 민감성이 J2 병용처리보다 좋지 않았다. HSP27의 비정상적인 이량화 능력이 더 좋을 경우 세포 민감성 또한 증가할 것이라는 예상과 다른 결과였고, 이는 J2가 단독으로 처리시에도 높은 세포 민감성을 보이기 때문에 HSP27을 억제하는 것 이외의 다른 메커니즘에 관여하는 것일 수 있다는 생각을 하였다. NA49는 J2와 같은 정도릐 HSP27의 비정상적인 이량화를 유도하였고 여러 종류의 NSCLC 세포주에 다른 항암제와 함께 처리하였을 때 세포의 민감성이 증가됨을 확인하였다. 특히, NA49의 경우 J2와 비교하여 독성이 없고, 좋은 용해도와 pKa를 가지고 있어 의약품으로의 개발 가능성이 크다. 세포 실험의 결과를 확인하기 위해 마우스 동물 모델 실험 또한 진행하였다. NCI-H460 과 NCI-H1650 세포를 마우스에 이식하여 NA49와 cisplatin 또는 gefitinib을 처리하고 암 조직 크기를 측정하였다. 각 항암제를 단독으로 투여한 경우보다 NA49와 병용 투여한 경우 암 조직의 성장 속도가 억제되는 것을 확인하였고, 암 조직을 Ki-67, HSP27 그리고 EGFR로 염색하여 확인한 결과 각 단백질의 발현이 낮아져 있음을 확인할 수 있었다. 위의 결과들을 통하여 비정상적인 이량화를 유도하는 화합물과 항암제를 병용 처리하는 것이 비소세포폐암 환자의 치료와 항암제에 대한 내성을 극복하는 전략이 될 수 있다고 생각된다. ;Heat shock protein 27 (HSP27) is involved in cancer metastasis and drug resistance, and is particularly overexpressed in non-small cell lung cancer (NSCLC). In previous studies, small molecules such as zerumbone (ZER), SW15 or J2 inhibited HSP27 by forming an abnormal dimer of HSP27. In addition, the sensitivity increased when combined with other anticancer drugs. J2 was judged not to be suitable for use as a drug, because it has low solubility, PK and high toxicity. In this study, screening was performed to find substances with higher drug potential than J2, and NA27 and NA49 were selected. when NSCLC cells were treated with NA27 or NA49, abnormal dimers were formed, and sensitivity was increased when combined treatment with other anticancer drugs. NA27 had better dimerization ability of HSP27 than other compounds, and tumor growth inhibitory effect was observed when combined treatment with paclitaxel in a nude mouse xenograft model. Because NA49 has low toxicity and high solubility and PK, it is highly likely to be used as a drug. In particular, in a mouse xenograft model, a tumor growth inhibitory effect was observed when co-treated with cisplatin or gefitinib. There is a possibility that NA27 or NA49, inhibitors of HSP27, can overcome the resistance of NSCLC to HSP27.