담도암에서 히스톤 탈아세틸화 효소 6 저해로 인한 종양생장 억제 및 세포자멸사에 관한 분자생물학적 기전 연구

Abstract

Histone deacetylase 6 (HDAC6) acts as a positive regulator to cellular protective responses of cancer cells in cancer progression. Eventually, HDAC6 is overexpressed in tissues from patients with various cancer. So, HDAC6 is an emerging therapeutic target for cancer.

We identified the molecular mechanisms of HDAC6 which mediates deacetylation of Glucose-regulated protein 78 (GRP78) in cholangiocarcinoma (CCA) biology and validated the value of HDAC6 as a target for treatment of CCA.

CCA cell lines showed high sensitivity to ACY-1215, an HDAC6 inhibitor, than that of normal bile duct cell. And HDAC6 inhibition by ACY-1215 showed increased cell mortality and apoptosis approximately 50% compared to control due to the reduction of GRP78 located on the plasma membrane. ACY-1215 increased the acetyl-form of GRP78 by approximately 50% compared to control, which impaired the translocation of GRP78 to the plasma membrane. These modifications of GRP78 altered cellular proliferative signaling via PI3K/AKT. Furthermore, ACY-1215 suppressed tumor growth by 50% compared to vehicle control in a CCA animal xenograft model.

Our studies demonstrated that GRP78 acetylation by the inhibition of HDAC6 suppresses GRP78 translocation to the cell surface, which inhibits proliferation and promotes apoptosis in CCA. | 히스톤 탈아세틸화효소 6 (Histone deacetylase 6, HDAC6)는 주로 세포질 (cytoplasm)에 존재하며, 여러 비-히스톤 (non-Histone) 기질 (α-tubulin, HSP90, GRP78 등)의 탈아세틸화를 통해 미접힘 단백질 증가와 같은 세포 내 스트레스 대응 기작에 관여한다. 특히 HDAC6는 대장암, 비소세포성폐암 등 암세포에서 소포체 관련 분해 (ER-associated degradation, ERAD)과 같은 자기 보호 반응에서 중요한 역할을 하며 치료표적으로 떠오르고 있다. 담도암은 표준치료제가 없고, 세포독성 항암제에 대한 반응률이 낮은 악성 암 종이지만 발현빈도가 높지 않아 타 암 종에 비해 연구가 부족한 상황이다. 최근 HDAC6가 담도암 환자의 조직에서 과발현되어 있고 과발현된 HDAC6는 환자의 예후가 좋지 못하다는 선행 연구결과가 있었으나, 분자생물학적 기전에 대해서는 충분히 연구되어 있지 않다. 따라서, HDAC6 저해제, ACY-1215를 이용하여 담도암의 생장과 사멸에서 HDAC6의 기능을 규명하고 치료표적으로 HDAC6 의 유효성을 평가, HDAC6 저해제를 담도암 치료를 위한 항암 약물로서의 가능성을 제시하고자 한다.

TFK-1, SSP-25와 같은 담도암 세포주는 정상 담도 세포주보다 HDAC6 저해제인 ACY-1215에 대한 높은 감수성과 함께 ACY-1215 농도의존적 세포자멸사를 보여 주었다. 포도당 조절 단백질 78 (Glucose-regulated protein 78, GRP78)은 주로 소포체 내에 존재하며, 소포체 스트레스 대응 기작에서 주요한 조절자 역할을 한다. 담도암을 포함한 여러 고형암에서는 영양결핍, 산소 제한, 높은 신진대사 요구로 지속적이고 꾸준한 ER-stress 상황에 적응하고 살아가고 있기 때문에 GRP78의 발현량도 높고 세포막에 분포량도 많다. ACY-1215 에 의해 HDAC6가 저해되었을 때 GRP78의 세포막 분포도가 감소하는 것을 확인하였고, 이는 HDAC6 활성억제로 GRP78의 탈아세틸화가 저해됨에 기인된 결과로, 이 결과는 아세틸화 된 GRP78의 증가로 확인하였다. 세포막에 존재하는 GRP78은 phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K)/AKT 신호전달경로를 통해 AKT를 인산화 시켜 암세포 생장과 생존을 조절한다는 보고가 있다. 실제로 ACY-1215에 의해 GRP78의 세포막 분포가 줄어든 경우, AKT의 인산화가 줄어 들었고 암 세포의 생장 신호가 꺼지며 담도암 세포주의 전체 생장률 감소를 보였다. 세포실험 결과를 바탕으로 TFK-1 세포주를 이용한 담도암 동물모델에 ACY-1215를 이용, 약물표적으로서 HDAC6의 유효성을 평가하였고 ACY-1215 투여에 의한 종양성장 억제효과를 확인하였다.

이 연구는 HDAC6 저해에 의해 GRP78의 탈아세틸화가 저해되고, GRP78의 아세틸화 증가는 소포체에 존재하는 GRP78이 세포막으로의 이동을 막아 세포막의 GRP78을 통해 조절되던 AKT의 인산화가 감소되면, 결과적으로 담도암 세포주 생장을 억제하고 세포자멸사가 촉진됨을 시사한다. 이를 바탕으로 담도암 치료에 대한 표적으로 HDAC6를 제안하고자 한다.