초록 ▼

연구의 목적 및 내용
- 목표 : 폐암에서 흔히 돌연변이 되는 유전자인 LKB1의 새로운 하위 신호전달 경로로 발굴한 CYP24A1-VDR 경로의 조절 기전과 이를 통한 대사변화를 규명함으로써 새로운 폐암 치료전략을 개발함.
1. LKB1에 의한 CYP24A1 발현 조절기전 및 VDR 활성 조절 규명
2. LKB1/KEAP1 돌연변이 폐암에 대한 CYP24A1 억제 및 VDR 활성화 항암전략 개발
3. LKB1/KEAP1 돌연변이 폐암에서 대사변화와 CYP24A1-VDR 발현 조절 기전간의 상관관계 규명 및 비

연구의 목적 및 내용
- 목표 : 폐암에서 흔히 돌연변이 되는 유전자인 LKB1의 새로운 하위 신호전달 경로로 발굴한 CYP24A1-VDR 경로의 조절 기전과 이를 통한 대사변화를 규명함으로써 새로운 폐암 치료전략을 개발함.
1. LKB1에 의한 CYP24A1 발현 조절기전 및 VDR 활성 조절 규명
2. LKB1/KEAP1 돌연변이 폐암에 대한 CYP24A1 억제 및 VDR 활성화 항암전략 개발
3. LKB1/KEAP1 돌연변이 폐암에서 대사변화와 CYP24A1-VDR 발현 조절 기전간의 상관관계 규명 및 비타민 D 저항성 극복 항암전략 개발

연구개발성과
- 폐암 세포주에 LKB1경로 활성제어, CYP24A1, VDR 발현제어 세포주와 CYP24A1, VDR 발현측정 및 VDR 활성측정 리포터 세포주 등을 확립함.
- LKB1 돌연변이에 의한 CYP24A1 발현 증가는 AMPK 의존적이지만 mTORC1 비의존적인 경로로 조절되었고 전사활성의 변화 없이 mRNA 안정성 증가로 인한 것으로 확인함.
- LKB1 돌연변이 폐암에서 LKB1 재발현 및 CYP24A1 발현억제는 비타민 D 반응성 및 그 항암효과를 크게 증가시키지 못하여 다른 추가 요인을 조사한 결과 VDR 발현이 낮음을 발견하였고, 이에 VDR을 동시에 과발현 시킴으로써 비타민 D 반응성을 크게 증가시켰고 시너지 항암효과도 관찰되었음.
- LKB1 정상 폐암세포에서 비타민 D 는 해당과정을 억제하고 미토콘드리아 대사를 증가시켰지만 LKB1 돌연변이 폐암 세포에서는 전혀 대사변화가 없었음.
- LKB1 돌연변이 폐암에서 비타민 D 반응성을 높이는 약물을 발굴하기 위해 임상화합물 라이브러리를 이용한 스크리닝을 한 결과 FBX, NTX 단독으로 VDR 활성을 증가시킴을 발견하였고, microarray 수행을 통해 유전자 발현 변화를 측정하였음. 또한 HDAC 억제제인 TSA, VOR 은 VDR 발현을 증가시켜 비타민 D 반응성을 크게 증가시켰고, 비타민 D 와 병용시 항암 시너지 효과를 나타내었음.
- LKB1 돌연변이는 aerobic glycolysis를 통해 젖산 생성을 증가시켰고 저포도당 상태에서 젖산 생성이 감소한 경우 CYP24A1 및 VDR 발현이 감소하였음. 실제로 젖산(lactic acid)을 첨가한 경우 그 발현이 증가하였는데, 이는 흥미롭게도 lactate 때문이 아니라 H+ 에 의한 것임을 발견하였음. 결국 LKB1 발현과 저포도당 상태에 의해 감소된 CYP24A1 및 VDR 발현은 염산 첨가로 인해 거의 회복됨을 확인하였음.
- H+은 TRPV4 칼슘채널을 활성화 시키고 소포체내 칼슘을 분비시켜 리소좀으로의 이동을 촉진시키는 한편, v-ATPase를 통해 리소좀내로 유입되어 리소좀의 산성화를 유지시키는 과정이 CYP24A1, VDR 발현 조절과 관련있음을 확인하였음.
- 리소좀과 관련된 전사인자로서 TFEB, TFE3가 각각 CYP24A1와 VDR 발현을 조절함을 확인하였으며 따라서 H+ 에 의한 리소좀의 활성화는 TFEB, TFE3 의 활성화를 통해 CYP24A1, VDR 발현을 조절하는 것으로 판단됨.
- 결론적으로 LKB1-AMPK-Glycolysis-H+-TRPV4-Ca2+-Lysosome-TFEB/TFE3-CYP24A1/VDR
-비타민 D 로 이어지는 새로운 신호전달 경로를 규명하였음.

연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
- 본 연구결과에서 제시한 LKB1 돌연변이에 의한 CYP24A1, VDR 발현조절 기전과 비타민 D 반응성 및 항암효과 극대화 전략은 높은 임팩트의 저널에 게재될 수 있는 창의적인 연구결과일 뿐만 아니라, 비타민 D 내성 암을 극복하는 새로운 항암전략을 제시하고 비타민 D 결핍으로 발생하는 다양한 질병에 대한 효과적인 치료법으로 개발될 수 있음.
- 신약재창출 전략으로 발굴한 비타민 D 반응성 증가 약물은 후속 연구 및 지원을 통해 특허 및 기술이전을 통한 신약개발과 임상적용으로 이어질 수 있음.

(출처 : 요약문 13p)

Abstract ▼

Purpose&Contents
- Developing anticancer strategy by identifying the regulatory mechanism of CYP24A1-VDR pathway identified as a new downstream target of LKB1, a tumor suppressor gene frequently mutated in lung cancer.
1. Identification of regulatory mechanisms of CYP24A1 expression and VDR ac

Purpose&Contents
- Developing anticancer strategy by identifying the regulatory mechanism of CYP24A1-VDR pathway identified as a new downstream target of LKB1, a tumor suppressor gene frequently mutated in lung cancer.
1. Identification of regulatory mechanisms of CYP24A1 expression and VDR activity by LKB1
2. Development of anti-cancer strategy for CYP24A1 Inhibition and VDR activation in LKB1/KEAP1 mutant lung cancer
3. Identification of crosstalk between metabolic changes and the regulation of CYP24A1-VDR expression in LKB1/KEAP1 mutant lung cancer and development of anticancer strategy to overcome vitamin D resistance

Results
- The stable cell lines controlling LKB1 pathway activity, CYP24A1, VDR expression, and monitering CYP24A1, VDR transcription levels and VDR activity were established using lung cancer cell line.
- Increased CYP24A1 expression by LKB1 mutation was regulated by AMPK-dependent but mTORC1-independent pathways and was due to increased mRNA stability without altering its transcriptional activity.
- LKB1 re-expression or CYP24A1 knockdown alone in LKB1 mutant lung cancer cells did not significantly increase vitamin D response or its anticancer effects due to low VDR expression. After overexpression of VDR with LKB1 reexpression or CYP24A1 knockdown, vitamin D response and its anti-cancer effects were synergistically increased in LKB1 mutant lung cancer cells.
- Vitamin D inhibited glycolysis and stimulated mitochondrial metabolism in LKB1 normal but not in mutant lung cancer cells.
- Screening using clinical compound library identified FBX and NTX as VDR activators in LKB1 mutant lung cancer cells and investigated their effects on gene expressions by microarray analysis. In addition, HDAC inhibitors TSA and VOR significantly increased vitamin D response by increasing VDR expression and showed synergistic anti-cancer effects in combination with vitamin D.
- LKB1 mutant increased lactic acid production through aerobic glycolysis and the expression of CYP24A1 and VDR was decreased when lactic acid production was decreased in low glucose. In fact, the addition of lactic acid increased its expression, which was found to be due to H+ but not lactate. As a result, CYP24A1 and VDR expression reduced by LKB1 expression and low glucose was almost recovered by the addition of HCl.
- H+ not only activates the TRPV4 calcium channel and promotes Ca2+ transport from ER to lysosome, but also maintains lysosome acidification via v-ATPase, which was found to regulate CYP24A1 and VDR expression.
- The lysosome-regulated transcription factors TFEB and TFE3 regulated CYP24A1 and VDR expression suggesting that activation of lysosomes by H+ is thought to regulate CYP24A1 and VDR expression through activation of TFEB and TFE3.
- In conclusion, we identified a novel signaling pathway regulating vitamin D activity, connecting
LKB1-AMPK-Glycolysis-H+-TRPV4-Ca2+-Lysosome-TFEB/TFE3-CYP24A1/VDR-Vitamin D axis.

Expected Contribution
- The findings of new regulatory mechanism of CYP24A1 and VDR expression by LKB1 mutations and the strategy of maximizing vitamin D response and anticancer effects are not only creative results that can be published in high impact journals but also can be developed into new clinical interventions for the treatment of cancer and other various diseases caused by vitamin D deficiency.
- Drugs activating VDR in LKB1 mutant cancer discovered through drug repositioning strategy may lead to new drug development and clinical application through patent and technology transfer with follow-up research and support.

(source : SUMMARY 14p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 보고서요약 ... 2
• 제출문 ... 10
• 보고서 요약서 ... 11
• 국문 요약문 ... 13
• SUMMARY ... 14
• 목차 ... 16
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 18
• 1-1. 연구개발 목적 ... 18
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 18
• 1-3. 연구개발 범위 ... 19
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 20
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 24
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 53
• 4-1. 목표달성도 ... 53
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 53
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 55
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 56
• 7. 연구개발성과의 보안등급 ... 57
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 58
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 59
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 60
• 11. 기타사항 ... 61
• 12. 참고문헌 ... 62
• 끝페이지 ... 63