The in vitro and in vivo Anti-Tumor Effect of KO-202125, a Sauristolactam derivative, on Estrogen Receptor-Negative Human Breast Cancer

Abstract

Aristolactam originated from Saururus chinensis (Lour) Baill and it is phenanthrene lactam alkaloids structurally. Because estrogen receptor (ER)-negative breast cancer cells that show more aggressive phenotype are resistant to conventional hormonal therapy, discovery of more effective new drugs for ER-negative breast cancer therapy has been required. Here, we investigated the in vitro and in vivo anticancer effects and associated mechanisms of KO-202125, one of synthesized aristolactam analogs which is altered its side chain to have lowest toxicity, in MDA-MB-231 and SK-BR-3 ER-negative human breast cancer cell lines. In these cell lines, cell growth was attenuated by KO-202125 in a dose- and time- dependent manner. KO-202125 also affected signaling pathways involved in cell growth and proliferation. The expression of membrane receptors, phospho-EGFR were reduced in MDA-MB-231 cells while that of c-ErbB2 was unchanged in SK-BR-3 cells. Moreover, their downstream effector, Akt was inactivated as evidenced by reduced phosphorylated protein in both cell lines. Moreover, suppressed Akt activity affected phosphorylations and functions of its substrates, p27Kip1 and GSK-3beta in ER-negative human breast cancer cell lines. Upon KO-202125 treatment, p27Kip1 phosphorylation at Thr157 was decreased, and consistently, the nuclear import of p27Kip1 was increased that is implicated with increase in functional p27Kip1. Moreover, phosphorylation of GSK-3beta was reduced by KO-202125 treatment, and consequently, total and nuclear beta-catenin and CyclinD1 expressions were also reduced, suggesting the suppression of Akt mediated Wnt/beta-catenin signaling pathway by KO-202125. Consistently, KO-202125 treatment in the nude mice injected with MDA-MB-231 cells showed inhibition of tumor growth without toxicity, suggesting anticancer effect of KO-202125 both in vivo and in vitro model. Collectively, our results showed the possibility of KO-202125 as an effective therapy agent of ER negative breast cancer through reduced Akt activity and down-regulation of Wnt/beta-catenin signaling pathway.; 에스트로겐 비의존성 인체 유방암은 호르몬 치료에 있어서 에스트로겐 의존성 유방암과는 달리 내성을 가지기 때문에 이에 맞는 적절한 치료의 개발이 시급하 다. 삼백초(학명: Saururus chinensis (Lour) Baill)에서 유래한 Aristolochic acid는 nitrophenanthrene carboxylic acid로서 쥐방울 덩굴과 (Aristolochiaceae)에 속하는 광방기(Aristolochiafangchi), 관목통 (Aristolochia manshuriensis), 청목향(Aristolochia contorta) 등의 함유성분 으로 알려져 있으며 aristolochic acid I과 aristolochic acid II 및 다수의 유 도체로 구성되어 있다고 알려져 있다. Aristolochic acid I과 aristolochic acid II 는 aristolactam으로 전환되어 이것이 DNA와 결합하여 7- (deoxyadenosin-N6-yl) aristolactam I이나 II 등을 형성하여 돌연변이를 일으 키는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구는 에스트로젠 비의존성 세포주인 MDA_MB-231과 SK-BR-3 세포주를 이용하여 KO-202125의 항암 효과를 연구하였다. KO-202125를 유방암 두 세포주에 처리 하였을 때, 시간에 따른 세포수의 증가가 시간 및 농도에 의존적으로 감소하는 것을 관찰 할 수 있었다. 또한 KO-202125 는 세포의 성장과 증식에 관여하는 신호전달체계에도 효과가 있는 것으로 확인 되었는데, 이는 Akt와 Wnt 의 활성화 및 발현의 감소를 통해 확인 할 수 있다. 이렇게 Akt의 활성 감소로 인해 GSK-3b의 활성이 감소하고, b-catenin의 발현이 감소하였으며, 세포 조절 주기 인자인 cyclin D1의 발현이 감소되며, Cdk 억제 인자인 p27^(Kip1)의 핵 내 발현이 증가하는 것으로 보아 Akt에 의해 매개 된 canonical Wnt 신호전달체계가 억제되었음을 유추 할 수 있었다. In vitro 실험 결과를 바탕으로 in vivo 실험인 xenograft를 실시한 결과 농도 의존적으로 종 양 생성이 억제 됨을 확인 할 수 있었으며, 실험 동물군의 체중에 변화가 없었 으므로 KO-202125의 유독성에 의한 종양 생성 억제가 아님을 확인 할 수 있었다. 결론적으로 본 연구에서는 KO-202125가 에스트로겐 비의존성 인체 유방암에 대 한 예방 및 치료제로서의 가능성을 제시하였다.