초록 ▼

암세포 미토콘드리아에서 과발현되어 있는 샤페론 단백질인 TRAP1과 Hsp90는 cyclophlin D (Cyp-D)의 permeability transition (PT) pore를 열어주는 활성을 억제함으로써 미토콘드리아 막구조에서 pore 형성을 억제하게 되어 세포죽음을 저해하는 것으로 알려져 있으나, 해당되는 조절기전에 대해서는 많은 것이 아직 알려져 있지 않은 상황임. 본 연구에서는 다음과 같은 연구결과를 확보하였음.
1.PT pore와 관련된 프로테옴 분석. Cyp-D를 bait로 결합하는 단백질을 스크리닝하였고, 여

암세포 미토콘드리아에서 과발현되어 있는 샤페론 단백질인 TRAP1과 Hsp90는 cyclophlin D (Cyp-D)의 permeability transition (PT) pore를 열어주는 활성을 억제함으로써 미토콘드리아 막구조에서 pore 형성을 억제하게 되어 세포죽음을 저해하는 것으로 알려져 있으나, 해당되는 조절기전에 대해서는 많은 것이 아직 알려져 있지 않은 상황임. 본 연구에서는 다음과 같은 연구결과를 확보하였음.
1.PT pore와 관련된 프로테옴 분석. Cyp-D를 bait로 결합하는 단백질을 스크리닝하였고, 여기에서 ROS 생성및 HIF1α의 발현을 조절하는 단백질과 미토콘드리아 다이나믹스를 조절하는 단백질을 동정함. 이들 단백질의 연구는 암전이 및 미토콘드리아 다이나믹스 조절에 PT pore 조절단백질이 어떻게 서로에게 영향을 주는지 중요한 정보를 제공할 것으로 기대되며, 후속연구에 대한 지원이 필요함.
2.미토콘드리아와 ER사이의 스트레스 반응에 대한 새로운 분가기전을 규명. TRAP1의 억제는 Cyp-D를 활성화해서 PT pore를 열어주게 되고, 이는 미토코드리아 칼슘을 밖으로 배출함. 이어서 ER에 존재하는 ryanodine receptor가 활성화되고 ER의 칼슘도 고갈되면서, ER UPR이 유도가되며, pro-apoptotic 전사인자인 CHOP발현이 증가됨. 이상의 기전은 미토콘드리아로 유입된 스트레스 신호가 ER로 옮겨가면서 세포전체의 스트레스에 대한 감수성이 증가되도록 함.
이를 기반으로 새로운 효과적인 항암병용요법으로 개발이 가능할 것으로 기대되며, 실제 tumor xenograft mouse 모델에서도 TRAP1 저해제 (개미트리닙)과 ER stressor (thapsigargin) 사이에 상승적인 항암효능을 확인할 수 있었음. 논문 초안을 거의 완료함
3.개미트리닙과 항암제와의 상승작용을 검증하기 위해, 항암치료에 광범위하게 사용되고 있는 독소루비신을 바탕으로 in vitro 및 in vivo 병용요법의 상승작용을 검증함. 즉, 활성을 보이지 않는 낮은 dose에서 병용요법으로 강한 항암활성을 확인함. 이런 병용요법은 독소루비신의 잘알려진 심장에 대한 부작용을 줄이는데 활용될수 있을 것으로 기대됨. 논문초안을 거의 완성함.
4.미토콘드리아 TRAP1은 새로운 항암타겟으로 떠오르고 있음. 따라서 본 연구에서 확립한 미토콘드리아 및 세퍼론 분석기술은 TRAP1을 타겟으로 약물개발을 할 때, TRAP1의 활성을 in vitro에서 검증하고 약물의 미토콘드리아로의 축적, 예상되는 메거니즘으로 약물이 작동되는지등을 분석할 때 반드시 필요함. TRAP1을 타겟으로 하는 신규약물 개발을위한 후속연구가 필요함. 현재 제약회사를 포함하는 컴퓨터기반 약물디자인, 유기합성, DMPK, 구조생물 전문가와 함께 first-in-class 약물로 개발될 수 있도록 협의중임.

Abstract ▼

TRAP1 and Hsp90 are over-expressed in cancer mitochondria, inhibit the critical regulator of the permeability transition pore, cyclophilin D (CypD), and protect cells from deadly opening of membrane pores leading to cell death induction. Because the regulatory mechanisms of them are not fully unders

TRAP1 and Hsp90 are over-expressed in cancer mitochondria, inhibit the critical regulator of the permeability transition pore, cyclophilin D (CypD), and protect cells from deadly opening of membrane pores leading to cell death induction. Because the regulatory mechanisms of them are not fully understood yet, here, we investigated the protein networks and regulatory mechanisms of the chaperones and their interactors.
1. Proteomic analysis related to PT pore. we have screened the interacting proteins with Cyp-D bead and found novel interacting proteins involved in 1) the production of ROS and regulation of HIF1α expression and 2) regulation of mitochondrial fusion and fission (dynamics). Through thorough investigation of their regulatory mechanisms, we could understand the role of PT pore in cancer metastasis and nitochondrial dynamics.
2. Novel molecular mechanism of stress responses between mitochondria and ER. Inhibition of TRAP1 ativates Cyp-D to open the PT pore, which results in the mitochondrial calcium discharge to the nearby ER. Ryanodine receptor will be open by the calcium from mitochondria and ER calcium will be also depleted, which will lead to the induction of unfolded protein response in ER and expression of the pro-apoptotic transcription facotr CHOP. Thus, the mitochondria initiated calcium signaling could be propagated into the ER and finally lower the threshold for the stress-induced cell death. We confirmed the hypothesis by combining ER stressor (thapsigargin) with mitochondrial TRAP1 inhibitor (gamitrinib). Non-toxic dose of them (no cell death induction at the dose) showed strong synergistic anticancer activities to various cancer cell types when they are combined in vitro and in vivo. The manuscript is in preparation now.
3.Synergism between gamitrinib and an anticancer drug doxorubicin (DOX). DOX is one of the most effective anticancer drug ever developed and the most widely used drugs in clinic now. We interrogated the combination of gamitrinib and DOX can be an effective treatment for tumors. The combination showed synergistic anticancer activities in vitro and in vivo. It is well reported that DOX has a severe side effect of cardiomyopathy which is cumulative dose dependent. Thus, the combination could lower the overall cumulative dose for the DOX while maintain the anticancer activities through the synergism. The manuscript is in preparation now.
4.TRAP1 is an emerging cancer drug target. We developed here assay systems to analyse the chaperone function of TRAP1/Hsp90 in vitro and opening of the mitochondrial inner and outer membrane pores. The assay systems will be critically necessary not only to investigate the regulatory function of the chaperones but also to develop novel drugs targeting the TRAP1. We believe that TRAP1-selective drug development program should be initiated immediately to get the first-in-class anticancer drug targeting novel target proteins with novel mechanism of action. In this regards, we currently started to collaborate with experts on computer-aided drug design, medicinal chemistry, DMPK, structural biology for rationale drug design of mitochondria-targeted TRAP1 inhibitors.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 목 차 ... 3
• 연구개발사업 최종연구개발결과보고서 요약문 ... 4
• Project Summery ... 5
• 1. 연구과제의 최종 연구개발 목표 ... 6
• 가. 연구개발의 최종목표 및 성격 ... 6
• 나. 연구개발대상 기술의 경제적․산업적 중요성 및 연구개발의 필요성 ... 7
• 다. 연구개발대상 기술의 국내․외 현황 ... 7
• 2. 연구과제의 연구대상 및 방법 ... 10
• 가. 연구대상 ... 10
• 나. 연구개발의 추진전략․방법 ... 11
• 3. 연구과제의 연구개발결과 ... 18
• 가. 미토콘드리아 외막 및 내막 pore opening 탐지기술 확립 ... 18
• 나. TRAP1-Cyp-D network에 관련된 프로테옴 분석 ... 22
• 다. TRAP1-Cyp-D이 조절하는 새로운 스트레스 네트워크 규명 ... 26
• 라. 새로운 항암치료기법의 개발 ... 39
• 4. 연구과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 43
• 가. 신규 항암타겟 활성 검증을 위한 분석 시스템의 확립 ... 43
• 나. TRAP1-Cyp-D network에 관련된 프로테옴 분석 ... 43
• 다. TRAP1-Cyp-D이 조절하는 calcium을 매개로 하는 새로운 스트레스 네트워크의 규명 ... 45
• 라. 새로운 항암치료기법의 개발 ... 47
• 5. 연구과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 49
• (1) 연구성과 총괄 ... 49
• (2) 연구성과 상세내역 ... 50
• (3) 연구개발과제의 목표달성도 ... 54
• 6. 연구과제의 활용계획 ... 56
• (1) 연구종료 3년까지 예상 연구성과 ... 56
• (2) 연구성과의 활용계획 ... 57
• 7. 참고문헌 ... 59
• 8. 첨부서류 ... 60
• 끝페이지 ... 61