Regulating BRCA1 protein stability by Cathepsin S inhibitors for novel treatment of triple-negative breast cancer

Abstract

Triple-negative breast cancer (TNBC) is an aggressive breast cancer subtype that lacks the expression of ER, PR and HER2. Patients with TNBC account for 10–20% of diagnosed patients with breast cancer and have a 12% of survival rate. Currently there is no targeted therapy specifically for TNBC. Cathepsin S (CTSS) is one of the cysteine proteases and known that the expression is high in cancer. Also, high expression of CTSS in cancer has been reported that the prognosis is poor. In the previous study, it was found that CTSS expression was increased by radiation (IR) in breast cancer, leading to degradation of BRCA1. Therefore, it was expected the recovery of BRCA1 by inhibiting CTSS which can induce degradation of BRCA1. Using various TNBC cell lines, increase expression of BRCA1 and sensitization with irradiation was confirmed when small interference RNA and CTSS inhibitors (Z-FL-COCHO, RO5461111) were treated. In addition, their apoptosis function also restored followed by increased BRCA1 expression. A novel CTSS inhibitor TS24 was identified, which showed increased BRCA1 expression with dose and time dependent manner and showed radiosensitization. Similar results were also observed in vivo tumor xenograft model. Through this study, it was suggested that the function of BRCA1 was restored by suppressing CTSS, which resulted in radiosensitization, demonstrating that CTSS can be a novel therapeutic target for TNBC treatment. ;삼중 음성 유방암(TNBC)은 공격적인 유방암 아형으로, ER, PR, HER2의 발현이 부족한 유형으로 알려져 있습니다. TNBC 환자는 유방암 진단 환자의 10~20%를 차지하며 전이가 일어날 시 생존율은 12%에 달합니다. BRCA1 유전자 변이 환자를 대상으로 한 약물로는 PARP 억제제가 개발되어 치료에 사용되고 있지만, TNBC에는 BRCA1 변이를 가진 환자보다 변이가 없는 환자가 더 많은 수를 차지합니다. 따라서 BRCA1 변이가 없는 TNBC 환자를 위한 표적 치료법에 대한 연구가 유의미합니다. 카뎁신 S(CTSS)는 시스테인 프로테아제 중 하나로, 다른 카뎁신 종류들과 달리 중성 PH에서도 안정적인 것이 특징입니다. 암에서 발현이 높은 것으로 알려져 있으며, 이런 환자들의 경우 예후가 좋지 않은 것으로 보고되어 있습니다. CTSS는 혈관 신생, 세포 침입, 이동 및 종양 성장을 촉진하는 종양 미세 환경(TME)에 관여합니다. 선행연구에서는 유방암에서 방사선에 의해 CTSS 발현이 증가하여 BRCA1의 분해를 초래하는 것으로 나타났습니다. 따라서 BRCA1의 분해를 유도할 수 있는 CTSS를 억제하여 BRCA1 분해를 막고, 세포 사멸 기능의 회복을 통한 항암 효과를 기대하는 가설을 세우게 되었습니다. 다양한 TNBC 세포주를 이용하여 작은 간섭 RNA 및 CTSS 억제제(Z-FL-COCHO, RO5461111)를 처리하였을 때 BRCA1의 발현 증가와 방사선 조사에 의한 감작효과가 확인되었습니다. 또한, BRCA1 발현 증가에 따른 세포사멸 기능이 회복되었습니다. 새로운 CTSS 억제제인 TS24를 발굴하여 농도와 시간에 따라 BRCA1 발현이 증가함을 확인하였습니다. 이는 CTSS 의존적으로 BRCA1을 증가시킬 수 있으며, 방사선과 함께 처리하였을 때 약물 단독 대비 BRCA1의 회복을 통한 세포사멸 기능이 증가함을 확인하였습니다. 또한 생체내 종양 이종이식 모델에서도 유사한 결과가 관찰되었습니다. 따라서 본 연구를 통해 BRCA1의 안정성 증가를 보여주는 CTSS의 억제는 IR의 감작효과와 결합하여 BRCA1 단백질 안정성을 증가에 따라 세포 사멸 효과의 회복으로써 TNBC의 새로운 치료 전략임을 시사합니다. TNBC 치료를 위한 이 새로운 CTSS 억제제의 완성을 위해 남아야 할 많은 요소들이 있기에 이에 대한 후속 연구가 필요합니다.