보고서 정보
주관연구기관 |
한양대학교 HanYang University |
연구책임자 |
이철훈
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-06 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201700013958 |
과제고유번호 |
1711028598 |
사업명 |
신진연구자지원 |
DB 구축일자 |
2017-11-25
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키워드 |
농도-특이적 역설적 현상.전립선암세포.피롤로피리미딘.세포사멸 유도.안드로겐.Paradoxical effect.p21CIP1.ATF3△zip2.Prostate cancer.Pyrrolo pyrimidine.Apoptotic induction.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201700013958 |
초록
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□ 연구의 목적 및 내용
본 연구팀에서는 최근, 전 세계적으로 초미의 관심사로 떠오르고 있는 "분자적 병인기전에 의거한, 부작용이 적은 새로운 전립선암 치료제의 개발"을 위한 선행예비연구로서, pyrrolopyrimidine 계열의 MCS-C3 라는 신물질이 전립선암 LNCaP 세포에서 '농도-특이적으로 기이하고 다양한 형태의 세포사멸"을 유도하는 것을 확인하였음. 특히, MCS-C3 20 μM 처리 시, 아직 규명되지 않은 세포사멸(non-apoptotic death) 유도됨.
따라서, 본 연구에서는 다양한 표현
□ 연구의 목적 및 내용
본 연구팀에서는 최근, 전 세계적으로 초미의 관심사로 떠오르고 있는 "분자적 병인기전에 의거한, 부작용이 적은 새로운 전립선암 치료제의 개발"을 위한 선행예비연구로서, pyrrolopyrimidine 계열의 MCS-C3 라는 신물질이 전립선암 LNCaP 세포에서 '농도-특이적으로 기이하고 다양한 형태의 세포사멸"을 유도하는 것을 확인하였음. 특히, MCS-C3 20 μM 처리 시, 아직 규명되지 않은 세포사멸(non-apoptotic death) 유도됨.
따라서, 본 연구에서는 다양한 표현형의 전립선암 세포주 (DU145, PC3, LNCaP, E9LNCaP, G4LNCaP, C4-2LNCaP_ 및 전합성을 통한 다양한 MCS-C3 유도체 은행 구축을 통해, 신물질 MCS-C3 및 그 유도체에 의한 흥미로운 "농도-특이적 세포사멸 현상의 분자적 조절 기전"을 규명하여, 전립선암에 대한 새로운 치료 근거를 제시하고자 함.
□ 연구결과
지금까지 보고된 바 없는 "농도-특이적 역설적 세포사멸 유도" 라는 매우 흥미로운 현상을 규명하기 위해, 본 연구팀에서는 지난 3년의 연구기간 동안 다양한 표현형을 갖는 인체 전립선암 세포들을 대상으로 피롤로 피리미딘계열의 항암활성 신물질 및 다양한 유도체를 합성하여, 다음과 같은 성공적인 연구실적을 달성하였음.
● MCS계열의 물질이 보이는 농도-특이적 세포사멸 유도효과는 구조적 특성에서 기인하는 것으로 보이며, 특히, amide group은 AR antagonistic effect를, 그리고 cyclopentyl ring과 같은 hydrophobic한 물성의 정도가 물질의 효과를 증진 시킬 수 있는 것으로 보임은 확인.
● MCS-C3에 의해 발현이 유도되는 AR-associated p21CIP1가 전립선암 세포의 생사에 관여하는 중요한 인자임을 확인함.
● MCS-C3에 의해 과발현된 p21CIP1은 anti-apoptotic protein인 Bcl-2와의 binding하여 그 기능을 억제하여 세포를 caspase-dependent intrinsic apoptosis로 이끌 수 있음을 확인.
● apoptotic p21CIP1의 발현에는 p53 전사인자의, Lys.382번 잔기의 acteylation을 통한 활성화가 요구되며, 그 상위인자로 GSK3β가 관여하는 것을 확인.
● 이외에도, ATF3△zip2, CCL2와 같은 인자들도 MCS계열 물질의 AR-associated p21CIP1발현 유도 및 그에 따른 농도-특이적인 세포사멸 유도현상에 관여하는 것으로 보인다.
본 연구를 통해, 세포 내에는 크게 cell death promotion process와 cell death suppression process가 존재하며, 이러한 두 개의 상반된 생체신호가 발생되는 시점 및 정도에 따라 Net-effect로서 세포의 생사를 결정할 수 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 이러한 시각의 접근법을 통한 연구가 향후 보다 효과적이며 암세포 특이적인 항암제 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
□ 연구결과의 활용계획
본 연구는 사전연구 등을 통하여 발견된 "농도-특이적인 역설적 세포사멸 유도" 현상의 분자적 조절 기전을 규명하고, 그를 통해 발굴된 molecular targets를 대상으로 독창적이며 구조적 특징을 갖는 물질을 발굴하여, 새로운 세포사멸 경로 및 기전을 바탕으로 하는 신약개발의 논리적인 근거를 마련하고자 함. 그 과정에서 국내 유수의 제약기업과의 공동연구 및 우수한 신진인력의 양성을 추진함.
또한 본 연구를 통해 새로이 확인된 세포생물학적 가설을 바탕으로, 향후 새로운 기전의 항암제나 항암치료보조제의 등장으로 심각히 재편될 항암제 시장의 국제경쟁에 미리 대처하여, 국내 제약 산업의 건재에 최소한의 역할 제공 기대함.
(출처:요약문 4p)
Abstract
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□ Purpose& contents
Prostate cancer is the most frequently diagnosed cancer and is one of the leading causes of male cancer death in the world. Recently, in the screening for a novel anticancer compound, a carbocyclic analog of pyrrolo[2,3-d]pyrimidine nucleoside (MCS-C3) was detected. During our
□ Purpose& contents
Prostate cancer is the most frequently diagnosed cancer and is one of the leading causes of male cancer death in the world. Recently, in the screening for a novel anticancer compound, a carbocyclic analog of pyrrolo[2,3-d]pyrimidine nucleoside (MCS-C3) was detected. During our process to characterize its molecular mechanism, we found, for the first time, the novel cellular responses called "Dose-specific Paradoxical Apoptotic Induction by novel compound MCS-C3" and "a transcriptional regulation of p53-independent, androgen-dependent p21CIP1 " as one of the reasons for such a paradoxical effect.
And, we also found the effects of MCS-C3 on pleiotropic induction of cell death via up-regulation of p21CIP1 protein depending on AR dependency in different types of prostate cancer cells. For the study, prostate cancer cells having different androgen responsiveness were used, including LNCaP (androgen-dependent and -sensitive), C4-2LNCaP (androgen-independent and -sensitive; androgen-refractory), and DU145 (androgen-independent and -insensitive) cells.
□ Result
● The treatment of LNCaP cells with 6 μM MCS-C3 for 24 h stimulated the androgen receptor (AR) activity and dramatically up-regulated transcription of p21, which, in turn, induces typical apoptosis in the cells. However, induction of apoptosis through up-regulation of p21 in C4-2 cells was possible by intensive cell treatment with MCS-C3 (9 μM, 48 h), because the cells are less sensitive and independent to androgen than LNCaP cells. Furthermore, the treatment of 6 μM MCS-C3 in DU145 cells, which exhibit extremely low AR activation due to no androgen responsiveness and dependency, showed neither up-regulation of p21 nor apoptotic induction. Instead, a different type of cell death, autophagy-like death through the LC3B-associated autophagosome formation, was obviously induced in DU145 cells. Taken together, the results suggest that pleiotropic induction of prostate cancer cell death by treatment of MCS-C3 depends on the dependency of androgen and androgen-dependent activation of the AR.
● Using MCS-C3, we identified the cellular functions of p21CIP1 facilitated through direct binding to Bcl-2 protein and underlying molecular mechanisms of AR-associated and p53-mediated p21CIP1 action in apoptosis induced androgen-responsive prostate cancer cells. Moreover, we elucidated that 20 μM, unlike 6 μM, MCS-C3 inhibited apoptosis by increasing AR-associated GSK3β inhibition, which suppressed p53 actylation and p21CIP1 expression. AR inhibition through 20 μM MCS-C3 is a potential approach to block apoptosis, which critical in treatment for prostate cancer. Therefore, we suggest that MCS-C3, a multi-target compound, is a versatile agent to elucidate molecular basis of cell survival and death.
● In the course of our screening for cell cycle inhibitor, we found a novel carbocyclic pyrrolo-pyrimidine, MCS-C3, 4-amino-6-bromo-1-cyclopentyl-1H-pyrrolo[2,3-d]pyrimidine-5-carboxamide. And we confirmed that MCS-C3 induced apoptotic cell death in human prostate cancer LNCaP cells. To figure out the Structure-Activity Relationship (SAR) of MCS-C3, other carbocyclic nucleoside analogs, were synthesized with structural modification. Among them, in this study, the anti-cancer activity of three novel compounds, MCS-C3, MCS-C22 and MCS-C25 was evaluated in human prostate cancer LNCaP cells. As a rusult, MCS-C3 or MCS-C22, but not MCS-C25, is possible candidate for anti-cancer agent inducing apoptosis via caspase-dependent pathway. MCS-C22 has different functional group on cyclopentyl ring, and MCS-C25 has been derived from MCS-C3 by the deletion of amide group. According to the biological activity data, the existence of amide functional group and the hydrophobic character would play important roles in the anti-cancer activity of the novel carbocyclic pyrrolo[2,3-d]pyrimidine analogs.
□ Expected Contribution
We intend to identify the molecular mechanism of "dose-specific paradoxical apoptotic induction of MCS-C3" by which prostate cancer cells survive following androgen ablation, the most common therapy for advanced prostate cancer. We are testing the hypothesis that the expression of p53-independent p21CIP1 and androgen-dependency and sensitivity play key roles in this paradoxical response. We are studying the molecular mechanisms by which co-regulatory proteins involved paradoxical apoptotic induction and how these proteins are altered in prostate cancer.
We are also studying the downstream targets of the androgen receptor that are involved in cell proliferation and cell death. We are focusing on the mechanisms by which transcription factors are regulated by androgens and how this affects proliferation and apoptosis in prostate cancer cells. We anticipate that our research will identify cellular targets for detection, prognosis, prevention, and treatment of prostate cancer.
(출처:SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 18
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 21
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 21
- 7. 참고문헌 ... 24
- 8. 연구성과 ... 25
- 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설.장비 현황 ... 27
- 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 27
- 11. 기타사항 ... 28
- 끝페이지 ... 28
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