Anticancer effect of everolimus targeting the interaction of a matrix metalloproteinase-7 and syndecan-2

Abstract

Matrix metalloproteinase-7 (MMP-7) is key endopeptidase which remodels extracellular matrix and regulates colon cancer activities through interaction with syndecan-2 (SDC2) in colon cancer cells. Previously, it has been reported SDC2-derieved synthetic peptide that disrupts this interaction has anticancer activity in colon cancer. Therefore, a library of 1379 FDA-approved drugs was screened in the process of identifying potential anticancer agents that can interfere with this interaction. First, virtual screening of FDA-approved drug was implemented to find candidate that interacts with the pro-domain of MMP-7 by protein-ligand docking score analysis using GalaxyDock3 program. Five candidates were selected based on the structure and total energy value of interaction of pro-domain of MMP-7. Among these, everolimus (mTOR inhibitor) showed the highest binding affinity for the pro-domain of MMP-7 and disrupted the interaction between pro-domain of MMP-7 and the extracellular domain of SDC2 in a dose dependent manner in vitro. In addition, without affecting the mRNA expression of MMP-7 and SDC2, everolimus reduced adhesion to pro-domain of MMP-7-coated plates and localization of MMP-7 to the cell surface of colon cancer HCT116 cell line, suggesting an inhibitory effect of everolimus to the interaction between MMP-7 and SDC2. Furthermore, everolimus treatment reduced gelatin-degradation activity, and anticancer activities including migration, invasion and colony formation of human colon cancer HCT116 cells. Interestingly, sirolimus, another mTOR inhibitor that is structural similar to everolimus and has similar inhibitory effect on mTOR activity, showed no such effect, suggesting this inhibitory effect was independent on the inhibition of mTOR pathway. Together, these data suggest that in addition to inhibiting mTOR signaling, everolimus has additional anticancer activity by interfering the interaction of MMP-7 and SDC-2 and could be useful therapeutic anticancer drug for colon cancer.;MMP-7은 ECM을 재구성하고 분해하는 핵심적인 endopeptidase로 대장암 세포에서 syndecan-2와의 상호작용을 통해 대장암의 진행을 조절한다. 선행 연구에서 syndecan-2와 MMP-7이 결합하는 부위의 시퀀스와 동일한 합성 펩타이드가 MMP-7과 syndecan-2의 결합을 저해하고 이는 대장암에서 항암효과를 보였다. 따라서, 본 연구에서는 잠재적 항암효과를 가진 약물을 찾기 위해 FDA 승인을 받은 1379의 약물들을 스크리닝하여 두 단백질의 결합을 저해할 수 있는 물질을 찾고자 했다. 우선, GalaxyDock3 프로그램을 이용하여 FDA 승인 약물들과 MMP-7의 pro-domain의 단백질-리간드 결합 분석을 했다. 그 결과 5개의 후보 약물들이 MMP-7 pro-domain과 결합했을 때의 결합 에너지가 syndecan-2가 MMP-7 pro-domain과 결합했을 때의 결합에너지보다 안정적임을 알아냈다. 이 후보물질들 중, everolimus (mTOR 저해제)가 MMP-7 pro-domain에 대해 가장 높은 결합능력을 보여주었으며, 유일하여 농도에 따른 syndecan-2와 MMP-7 pro-domain의 결합 저해를 보였다. 또한 everolimus는 대장암 세포주인 HCT116에서 MMP-7의 mRNA 발현 조절 없이 세포 표면의 MMP-7을 감소시켰으며, 대장암 세포 주변으로 분비된 MMP-7의 젤라틴 분해능력을 억제하고, 세포의 이동, 침습, 콜로니 형성 등 암 활성도 억제하였다. 흥미롭게도, sirolimus도 everolimus와 마찬가지로 mTOR 저해제이면서 구조적으로 유사하다. 대장암 세포주 HCT116에서는 everolimus와 sirolimus는 유사한 mTOR 활성 저해능력을 갖고 있다. 하지만 sirolimus는 MMP-7과 syndecan-2의 결합을 막지 못했다. 이를 통해 두 단백질 간의 결합 저해 효과는 mTOR pathway 저해와는 연관성이 없다고 할 수 있다. 결론적으로, everolimus는 mTOR signaling 저해하면서 MMP-7과 syndecan-2 사이의 결합을 저해함으로써 추가적인 항암효과도 갖고 있기 때문에 대장암에 있어서 유용한 항암제로 기능할 수 있는 가능성을 시사한다.