전립선암 세포주 DU145에 대한 신물질 MCS-C2의 세포주기 조절억제 및 세포사멸 유도기전 연구

Abstract

미국과 유럽에서 암 사망률 2위를 차지하는 중요 질환인 전립선 암은 주로 나이가 들어 잘 발생한다. 그 발생 빈도는 최근 10년 동안 꾸준히 증가하고 있으며 우리나라에서도 그 발생빈도가 급격히 증가하고 있는 추세이다. 이 질환의 치료에는 암의 병기에 따라 여러 가지 방법이 있고 논란이 많지만 국소적 전립선 암은 조기에 적절한 치료를 하면 생존율이 현저히 늘어나고 완치도 가능하다. 그러나 국소적으로 진행되거나 전이가 된 전립선 암은 생존에 위협을 받는다. 진전되고 전이가 된 전립선 암에 대하여는 호르몬 치료가 일차 선택 치료법으로 거의 보편적으로 인정되고 있고, 실제로 많은 환자들에게서 초기에 좋은 반응을 나타내고 그 효과가 나타난다. 그러나 대부분 많은 환자에서 전립선 암이 재발하고, 호르몬 치료에 저항을 나타내게 되어, 이런 환자들의 예후는 아주 불량하다. 불행하게도 오늘 날 까지 아직도 호르몬 저항성 전립선 암은 적절한 치료 원칙이 세워져 있지 않았다. 더욱이 많은 환자들에게서 뼈로 전이가 많이 되기 때문에 심한 통증을 갖는 환자들이 아주 많다. 이런 환자들에게 항암제, biphosphonate, 통증 완화를 위한 방사선 치료 등이 이용되고 있고, 호르몬 저항성 전립선 암에 대한 전신 항암제를 사용하려는 노력이 수년 동안 있어왔으나 그 결과는 실망스럽다. 전립선 암에 대한 약제의 새로운 개발이 절실히 요구되는 시점에서 최근 몇 가지 새로운 약제들에 대한 연구 결과가 희망적으로 나오면서 새로운 약제에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존의 항암활성이 보고된 천연물질을 이용한 신물질 유도체 합성 기술을 이용하여 세포주기조절 억제와 세포사멸을 유도할 수 있는 항암 활성물질을 발굴하고 이의 작용기전을 알아보고자 하였다. Toyocamycin과 sangivamycin은 1996년 토양 방선균으로부터 분리 정제된 CDC2과 CDK2에 선택적인 저해활성을 갖는 뉴클레오사이드 계열의 물질로서, 세포의 세포주기조절을 통한 암세포의 괴사를 유도할 수 있는 가능성을 가졌으나, 암 세포막의 투과성이 매우 저조하여 후보약물로서의 문제점을 가지고 있었다. 따라서 본 연구에서는 toyocamycin과 sangivamycin을 모체로 새로운 골격구조를 갖는 새로운 유도체들을 합성하였으며, 그들 유도체들의 항암 활성을 비교 분석하여 암세포에서 선택적인 항암 활성을 보인 새로운 유도체인 MCS-C2 를 발굴하였으며, 다양한 인체 암세포에서 MCS-C2의 항암 작용기전을 연구하였다. MCS-C2의 항암 활성 기전을 알아보기 위해 다양한 인체 암세포에서의 세포성장 억제활성을 살펴본 결과, 정상 림프구에서는 전혀 세포성장 억제활성을 보이지 않은 반면 전립선암 세포주인 DU145 에 대하여 우수한 항암 활성이 확인되었다. DU145 세포주에서의 MCS-C2 의 항암 활성 기전은 세포주기 조절 억제와 세포사멸로 인하여 발생하는 것을 확인하였다. 특이하게도 이 세포에서는, p53에 의한 경로가 아닌, 몇몇 핵심 조절인자 CDC2와 cyclin B 등의 분해 과정의 변화로 인한, 이들 조절인자들의 비정상적인 축적으로 인해 cell cycle arrest 와 apoptosis가 발생하는 것을 확인하였다. 즉, DU145 세포주를 MCS-C2로 처리했을 때 G2 phase에 관여하는 CDC2, CDK2, cyclin A, cyclin B 등의 단백질의 비정상적인 증가와 함께 이들의 세포 내 위치 변화를 통해 cell cycle arrest 와 apoptosis가 발생되었음을 알 수 있었다. 결론적으로, 기존 항암제에서 심각한 문제로 대두되었던 여러 부작용들을 보완할 수 있는 새로운 기전의 항암 후보물질을 찾고자, toyocamycin과 sangivamycin의 구조를 모핵으로 합성된 유도체 신물질인 MCS-C2를 암세포에대한 항암 활성 기전 연구를 수행하였다. 그 결과, 신물질 MCS-C2는 정상세포보다는 암세포에서만 선택적인 항암 활성을 가지고 있으며, 세포신호전달 체계에 관련된 CDK와 cyclin들의 단백질 분해 기전의 비조절을 통해 cell cycle arrest와 apoptosis를 유도하는 것을 알 수 있었다. 이와 같이, 본 연구에서는 신물질 MCS-C2의 새로운 개념의 항암제로서의 가능성을 제시할 수 있었으며, 이 결과가 향후 항암제 신약개발에 조금이나마 기여할 수 있기를 기대한다.; Normal cellular proliferation is tightly regulated by the activation and deactivation of a series of proteins that constitute the cell cycle machinery. The expression and activity of these cell cycle components can be altered during the development of a variety of diseases, such as cancer. Apart from yielding a new source of therapeutic target, it is likely that manipulating the activity of such proteins will provide an important route for treating cancers and the opportunity to develop a novel class of anti-cancer drug. The Cyclin-dependent kinases (CDKs) are serine/threonine protein kinases, which play a pivotal role in the transition from the G1 to S and G2 to M phase of the cell cycle. Therefore, in an attempt to search for a specific cell cycle inhibitor with minimal side effects, an analogue of Toyocamycin and Sangivamycin, MCSC2, was synthesized. In the present study, it was investigated whether MCS-C2 has selective activities of cell cycle and apoptosis regulation in human prostate cancer DU145 cell line, leading to anti-neoplastic effects with significantly low toxicity. MCS-C2 has a selective inhibitory activity on a growth inhibition activities in DU145 (GI50: 3.8 mM) cell line and no toxicity in normal cells. In DU145 cell line, MCS-C2 induced deregulation of protein degradation system of cell cycle regulatory proteins (CDKs and cyclins) and its subcellular translocation, precipitating cell cycle arrest and apoptosis. In conclusion, MCS-C2 showed the inhibitory activity to the cell cycle progression and apoptotic inductions in DU145 prostate cancer cell line, but minimal effect in normal cells. Thus, these results demonstrate that MCS-C2 was potent cell cycle inhibitor and suggest that these have a potential to serve as novel anti-prostate cancer drugs.