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지방 대사 조절 매커니즘으로 새 난치성 항암 치료물질 발굴

◈본문

- 페로토시스 지방 대사 조절 메커니즘과 다라플라딥 약물 재창출을 통한 새로운 난치성 항암 치료 물질 발굴

- 항암 내성 위암을 비롯한 다양한 난치성 암 치료에 대안으로 활용 기대

전체 암 발생 2위이자 남성 암 발생 1위를 차지한 ‘위암’. 그 중 위의 점막하층을 지나 근육층 및 그 이상의 단계로 진행되는 위암을 ‘진행성 위암’이라고 칭한다. 국내에서는 다양한 레지멘(regimen) 중 5-FU와 시스플라틴(Cisplatin)의 병용요법을 1차로 권장하고 있지만, 이 방법을 사용했을 때의 중앙생존 기간은 10개월 정도로 그 효과가 크지 않았다. 그 때문에 대다수의 위암 환자들이 2차 항암치료를 받는다고 알려져 있으며, 위와 같이 항암제 단독투여보다 다른 약물과의 병용 투여로 치료를 진행하고 있다. 하지만, 1, 2차 항암치료제는 기존의 약물들이 가지는 진부한 치료 효과나 혹은 약물 투여 후 치료 효과를 전혀 기대할 수 없는 경우 그리고 진행성 위암에는 치료가 제한된다는 단점을 가지고 있으므로 이를 극복할 수 있는 새로운 약물 조합이나 타겟이 필요로 한 상황이다.

여러 항암제의 개발에도 불구하고 여전히 위암은 약물로 치료하기 어려워 수술이 우선시 되고 있으며, 특히 암이 위의 점막하층을 지나 근육층 이상을 뚫고 들어간 진행성 위암의 경우 효과적인 치료제가 없는 상황이다.

이는 진행성 위암이 쉽게 전이되는 특성과 함께 기존 항암제에 내성을 가지며 재발하기 때문인데 이를 해결하기 위한 연구가 다양하게 진행되고 있지만, 여전히 많은 연구를 필요로 한다.

최근 페로토시스(Ferroptosis)가 항암제 내성암을 비롯한 여러 난치성 암을 사멸시키는 새로운 경로로 주목받고 있다. 많은 유형의 치료 저항성 암세포, 특히 중간엽 및 분화 특성이 있는 암세포는 페로토시스에 더 취약하다. 페로토시스에 대한 암세포 민감성의 기초가 되는 분자 메커니즘에 대한 지식은 아직 명확하지는 않지만, 페로토시스의 유도는 치료 저항성, 전이 경향이 있는 암세포를 사멸시키기 위한 유망한 치료방법이 될 수 있으므로, 항암제 내성을 나타내는 암종의 치료 효율을 높이기 위한 페로토시스 기반의 암 치료용 조성물 개발 및 기전 연구의 필요성이 대두되고 있다.

페로토시스는 비교적 최근에 명명된 세포사멸 기작으로 세포 내 철분이 과도하게 축적되면 세포막을 구성하는 인지방질(phospholipid)이 활성산소에 의해 과산화(peroxidation)되어 세포 내 물질에 영향을 미치고, 이는 세포막과 미토콘드리아에 손상을 입혀 세포가 죽음을 맞이하게 되는 과정을 말한다.’

그림 1 다양한 종류의 세포 사멸 기작 중 페로토시스

연구팀은 탁월한 세포사멸에 기전을 가진 페로토시스를 항암치료제로 이용하기 위해 페로토시스 유도제와 403개의 대사 약물을 혼합하며 최적의 조합을 찾기 위한 연구를 거듭한 결과, 페로토시스 유도제와 포스포라이페이스 A2(Phospholipase A2, 인지질 가수분해효소 A2) 억제제의 조합이 항암제 내성암을 비롯한 여러 암을 효과적으로 사멸할 수 있음을 밝혀내었다.

특히, 페로토시스 유도제 RSL3(RAS-selective lethal 3, RAS 선택적 치사 3)와 다라플라딥(Darapladib)을 함께 사용했을 때 탁월한 사멸 효과가 나타났다. 시스테인 결핍조건에서 다라프라딥 처리만으로 세포사가 크게 증가함을 확인하였다. 또한, 페로토시스의 가장 큰 특징인 지질과산화 비율의 RSL3와의 병용처리조건에서 높은 수준으로 증가함을 확인하였다.

Lp-PLA2의 역할을 규명하기 위해 CRISPR-Cas9 시스템을 이용하여 유전자 녹아웃(KO)을 진행하였고, 유전자가 결손된 위암 세포주가 페로토시스 유도 약물에 민감성을 보임을 확인하였다.

지질대사체(Lipidome) 분석으로 녹아웃 세포에서 PE는 증가했지만 LysoPE와 LysoPC는 감소하였고 특히, PE-38:4(18:0_20:4)와 같은 pro-ferroptic 인지질이 풍부하다는 것을 확인하였다. 이로써 세포 내 Lp-PLA2가 인지질 구성을 조절함으로써 페로토시스를 억제함을 밝혀내었다.

Lp-PLA2는 주로 세포 외부에서 리포단백질과 결합하여 리포단백질에 있는 인지질에 작용하는 것으로 알려져 있다. 하지만 본연구에서는 유전자 결손 위암 세포주에서 지질대사체의 분석을 통해 세포 내 Lp-PLA2가 지방 대사를 조절함으로써 페로토시스의 음성조절자로 기여함을 새로이 규명하였다.

다라플라딥은 혈관에 지방질이 들러붙는 것을 줄일 수 있다고 알려져 동맥경화증 치료를 위해 개발되었다 중단된 신약후보 물질로 연구팀은 다라플라딥이 산화된 인지질인 PE를 리소포스파티딜에탄올아민(lysoPE, lysophosphatidyl ethanolamine)과 유리 지방산(FFA, free fatty acid)으로 분해되는 것을 억제하여 페로토시스가 촉진되는 것을 확인하였다.

즉, 지방 대사를 조절하는 메커니즘을 활용해 난치성 위암의 새로운 치료 물질을 개발하는 데 성공하였다고 밝혔다. 이를 통해 항암 내성 위암을 비롯한 다양한 난치성 암 치료에 대안이 될 것으로 기대되고 있다.

그림2. 페로토시스 유도제(RSL3)와 다라플라딥(포스포라이페이스 A2)를 함께 사용했을 때의 위암 세포사멸 효과

2종의 위암 세포주(Hs746T, SNU-484)에 페로토시스 유도제(RSL3)와 다라플라딥(포스포라이페이스 억제제)을 함께 사용한 경우, RSL3를 단독 사용한 경우보다 위암 세포의 사멸이 크게 증가함 [사진=한국생명공학연구원]

그림3. 실험동물 대상 페로토시스 유도제(PACMA31)와 다라플라딥(포스포라이페이스 A2)를 함께 사용했을 때의 종양 사멸 효과

면역을 결핍시킨 쥐의 복강에 다라플라딥(포스포라이페이스 억제제)와 페로토시스 유도제(PACMA31)를 함께 투여한 결과 종양의 크기와 부피가 크게 감소함 [사진=한국생명공학연구원]

그림 4. 페로토시스 유도제(RSL3)와 다라플라딥(포스포라이페이스 A2)을 함께 사용했을 때의 지질 과산화 정도 측정 2종의 위암 세포주(Hs746T, SNU-484)에 페로토시스 유도제(RSL3)와 다라플라딥(포스포라이페이스 억제제)을 함께 사용한 경우, 페로토시스의 주요 특징인 지질 과산화 정도가 크게 증가함 [사진=한국생명공학연구원]

그림 5 랩 구성원 사진

그림 6 랩 구성원 사진

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