항정신병약물은 조현병의 주요 치료제로서 조울증 및 주요우울장애를 포함한 다른 흔한 정신질환에 대한 보조치료를 제공한다. 그러나 이들 약물은 소수이기는 하나 상당수 환자에서 파킨슨증과 같은 쇠약한 추체외로 증후군(EPS)을 유발한다. 대부분의 항정신병약물은 뇌에서 도파민 수용체 길항제로 작용하는 반면, 가장 최근의 ‘3세대’ 약물인 아리피프라졸은 부분 작용제로 작용한다. 임상적 효능이 우수함에도 불구하고, 이러한 새로운 약물들은 여전히 환자의 약 5~15%에서 EPS와 연관된다. 그러나 이러한 운동장애가 어떻게 발생하는지는 충분히 이해되지 않았다. 본 연구에서는 임상적으로 관련 있는 약물 농도와 다중스케일 모델 시스템을 결합하여, 아리피프라졸과 그 주요 활성 대사물이 미토콘드리아 독성을 유발함으로써 세포 내 ATP와 생존성이 견고하게 감소함을 보여준다. 아리피프라졸, 브렉스피프라졸, 카리프라진은 유비퀴논 결합 채널을 통해 호흡계 복합체 I을 직접적으로 억제하는 것으로 나타났다. 중요하게도, 세 약물 모두 1차 배아 마우스 뉴런에서 미토콘드리아 독성을 유발했으며, 전뇌 뉴런보다 복측 중뇌 뉴런에서 더 큰 생체에너지 억제가 관찰되었다. 마지막으로, 아리피프라졸을 만성적으로 먹이로 투여한 결과, 성체 초파리(Drosophila melanogaster)의 뇌와 흉부 근육에서 미토콘드리아 구조적 손상이 나타났고, 이는 운동기능 장애와 일관된 소견이었다. 종합하면, 부분 도파민 수용체 작용제로 작용하는 항정신병약물이 복합체 I을 표적으로 하는 비표적 미토콘드리아 위해성을 지닌다는 점을 보여준다.

DNA 손상을 유발하는 항암제는 손상된 부위가 복구될 때까지 추가적인 DNA 복제와 유사분열을 억제하기 위해 세포주기 정지(checkpoint)를 활성화한다. DNA 손상 반응 경로에서 활성화되는 중요한 조절 단백질 중 하나가 체크포인트 키나아제 1 (Checkpoint kinase 1, Chk1)이다. 따라서 Chk1 억제제는 암에 대한 유망한 새로운 치료제로 부상하고 있다. 새로운 Chk1 억제제를 찾기 위해 구조 기반 가상 스크리닝(structure based virtual screening)을 수행하였다. 결합 친화도(binding affinity) 분석에서 여러 소분자가 Chk1에 대해 75–100% 수준의 억제를 보였다. ATP(kinase assay with ATP) 및 기전 기반 세포 분석(mechanism based cell assay)을 병행한 결과와 함께, 적중 후보(hit candidates)를 도출하였다. 폐암은 한국에서 암 관련 사망의 주요 원인이다. 전 세계적으로 폐암의 약 85%는 비소세포폐암(NSCLC)이다. NSCLC에 대한 화학요법은 종종 효과가 없는 것으로 간주된다. NSCLC에서 Chk1 억제제가 항대사제(antimetabolite)의 감수성을 높일 가능성을 시험하기 위해, A549 및 H1129 세포에서 젬시타빈(gemcitabine)과 MK8776을 병용했을 때 성장 억제로 유발되는 억제 효과를 평가하였다. 이들 세포는 단독 투여로 MK8776에 대한 감수성이 낮았으며 (IC50 >10 μM), 이에 반해 MK8776은 H1299 또는 A540 세포의 성장 억제에 필요한 젬시타빈의 농도를 사용한 농도에 따라 거의 3–30배 또는 6–15배 감소시켰다. 이러한 결과는 Chk1 억제제가 NSCLC에서 젬시타빈과 같은 항대사제에 대한 보조요법(adjuvant)으로서의 임상적 유용성 가능성을 시사한다. 새로운 분자를 포함하여 Chk1 억제제의 효과를 평가하기 위한 추가 연구는 더 나아가 전임상 및 임상 환경에서 수행될 필요가 있다. [본 연구에 사용된 화학 라이브러리는 한국화학연구원(Korea Chemical Bank) 및 KIST에서 친절히 제공되었다. 본 연구는 한국연구재단의 보조금(2015R1D1A1A01057014)으로 지원되었다.] 인용 형식: Injae Chung. New chk1 inhibitor development & the feasibility of use of chk1 inhibitor with antimetabolite for NSCLC [초록]. In: Proceedings of the American Association for Cancer Research Annual Meeting 2017; 2017 Apr 1–5; Washington, DC. Philadelphia (PA): AACR; Cancer Res 2017;77(13 Suppl):Abstract nr 6. doi:10.1158/1538-7445.AM2017-6

배경: Chk1 억제제는 젬시타빈(gemcitabine), 시타라빈(cytarabine), 하이드록시우레아(hydroxyurea)와 같은 항대사제와 병용할 때 특히 유망한 항암 치료제로 부상하고 있다. 본 연구에서는 젬시타빈을 Chk1 억제제 MK-8776과 병용할 때 적절한 약물 스케줄링의 중요성과, 스케줄 의존성에 관여하는 기전을 규명하고자 한다. 방법: 젬시타빈과 MK-8776의 병용으로 유도되는 성장 억제 효과를 다수의 암 세포주에서 평가하였다. 실험은 연속적 약물 노출이 아니라 두 약물 모두에 대한 임상적으로 관련 있는 ‘볼루스(bolus)’ 투여 방식을 사용하였다. 서로 다른 치료 스케줄이 시험관 내에서의 세포주기 교란과 종양 세포 성장에 미치는 영향을 평가하였고, 또한 제노그래프트 종양 모델에서도 확인하였다. 결과: MK-8776은 16개 암 세포주에서 젬시타빈에 대한 평균 7배 감수성(sensitization)을 유도하였다. MK-8776 투여 시점은 젬시타빈에 대한 종양세포의 반응에 유의미한 영향을 미쳤다. 젬시타빈은 빠른 세포주기 정지를 유도하였지만, 정지된 복제 포크(replication forks)가 초기에는 Chk1에 안정성 측면에서 의존하지는 않았다. 18시간 시점에 RAD51이 DNA에 로딩되었는데, 이는 상동 재조합(homologous recombination)을 시사한다. 18시간에 Chk1을 억제하면 RAD51이 신속히 해리(dissociated)되어 복제 포크가 붕괴되고 세포사멸이 유발되었다. 젬시타빈 6시간 배양 후 18–24시간 사이에 MK-8776을 추가한 경우, 두 약물을 6시간 동안 동시에 배양한 경우보다 훨씬 더 큰 감수성을 유도하였다. MK-8776과의 이러한 짧은 배양이 세포를 감작시키는 능력은, 환자 혈장 내에서 MK-8776의 반감기가 짧다는 점에서 중요하다. 세포주기 교란은 또한 마우스의 사람 췌장 종양 제노그래프트에서 평가하였다. 젬시타빈 투여 18시간 후 S/G₂ 단계 세포가 극적으로 축적되었으나, 42시간 시점에는 세포가 회복하기 시작하였다. 젬시타빈 투여 18시간 후 MK-8776을 투여하면, 단독 투여 또는 두 약물을 단 30분 간격으로 투여한 경우에 비해 종양 성장 지연이 유의미하게 나타났다. 결론: 지연된 MK-8776 추가가 젬시타빈에 대한 감수성을 향상시키는 데에는 두 가지 이유가 있다. 첫째, S기에 정지된 세포 수가 증가한다. 둘째, 정지된 세포가 재조합을 개시하기에 충분한 시간을 확보함으로써 Chk1 의존성이 생긴다. 이러한 결과는 본 약물 병용을 이용한 임상시험 설계에 중요한 함의를 제공한다.

다수의 항암제는 DNA를 손상시키고 주로 세포주기 S기 또는 G(2)기에 해당하는 단계에서 세포주기 진행을 억제한다. 토포이소머레이스 I 억제제 SN38을 이용한 선행 연구에서는 Chk1 억제제 UCN-01이 이러한 억제를 극복하고 유사분열(미토시스) 파국을 유도할 수 있음을 보여주었다. 그러나 UCN-01은 부적절한 약동학적 특성으로 인해 임상시험에서 제한을 받았다. SCH900776은 새롭고 보다 선택적인 Chk1 억제제로서 Chk1을 강력하게 억제하며, SN38에 의해 유도되는 세포주기 억제를 무력화시킨다. UCN-01과 마찬가지로, SN38 유도 억제의 무력화는 세포사멸의 속도를 증가시키지만 전체적인 세포사멸량은 증가시키지 않는다. 반면 SCH900776은 하이드록시우레아의 성장억제 농도를 20~70배 감소시켰다. 유사한 정도의 감작은 시타라빈에서도 관찰되었다. 젬시타빈에서는 5~10배의 감작이 일어났으나, 시스플라틴, 5-플루오로우라실 또는 6-티오구아닌에서는 감작이 나타나지 않았다. 감작은 Chk1의 뚜렷한 활성화 없이 DNA 복제를 약간만 지연시키는 하이드록시우레아 농도에서 발생했지만, 시간이 지남에 따라 Chk1에 대한 의존성이 증가하였다. 예를 들어 하이드록시우레아를 투여한 후 18시간 뒤에 SCH900776을 추가하면, 복제 포크의 급격한 붕괴에 부합하는 DNA 이중가닥 절단을 유도하였다. 또한 일부 세포주는 SCH900776 단독에 대해 매우 높은 감수성을 보였으며, 이들 세포는 하이드록시우레아에 대한 감작을 위해 더 낮은 농도의 SCH900776이 필요하였다. 우리는 일부 종양이 SCH900776과 하이드록시우레아의 병용에 대해 매우 민감할 수 있다고 결론 내린다. SCH900776의 지연 투여는 동시 투여보다 더 효과적일 수 있다. SCH900776은 현재 1상 임상시험 단계에 있으며, 본 결과는 향후 임상시험을 위한 근거와 투여 일정을 제공한다.

다수의 항암제는 DNA를 손상시키며, 약물 농도에 따라 주로 세포주기 S기 또는 G2기에 세포주기 진행을 정지시킨다. 위상소효소 I(topoisomerase I) 억제제 SN38에 대한 선행 연구에서는, 세포를 S기, G2기 및 치명적인 유사분열로 강제로 통과시키는 데 Chk1 억제제 UCN-01의 효능이 입증되었다. UCN-01은 높은 혈장 단백질 결합으로 인해 임상시험에서 제한을 받았으며, 그 결과 다수의 대안적 Chk1 억제제가 개발되었다. SCH900776은 제2상 임상시험에 진입하는 새로운 Chk1 억제제이다. SCH900776은 Chk1을 억제하고, 여러 암종 유래 세포주에서 300 nM에서 SN38 매개 S기 및 G2기 정지를 극복하는데, 이는 50 nM에서의 UCN-01과 비교 가능하다. 두 Chk1 억제제 모두 SN38에 의해 유도되는 세포 사멸의 속도를 가속시켰으나, 전체적인 세포 사멸은 증가시키지 않았다. 또한 cisplatin에 대한 전반적인 감작도 관찰되지 않았다. 반대로, 두 Chk1 억제제 모두 항대사물질(antimetabolite)로 유도된 손상에 대해 세포를 극적으로 감작시켰다. 예를 들어, Chk1 억제는 MDA-MB-231 세포를 hydroxyurea에 감작시켰으며, 50% 성장 억제 농도는 3 mM에서 30 µM로 감소하여 100배 감작이 나타났다. 중요하게도, 단독으로는 체크포인트 활성화나 성장 억제가 전혀 나타나지 않았던 hydroxyurea 농도는 Chk1 억제에 의해 감작되었다. SCH900776은 또한 cytarabine에 대해 50배, gemcitabine에 대해 10배 감작을 유도했으나, 5-fluorouracil에는 감작을 보이지 않았다. 따라서 이러한 감작은 모든 항대사물질로까지는 확장되지 않는다. hydroxyurea에 대한 100배 감작은 Chk1의 완전한 억제(2 µM 776)를 필요로 하는 것으로 보였으나, 10배 감작은 200 nM SCH900776에서도 관찰되었다. 거의 검출되지 않는 수준의 Chk1을 초래하는 shRNA를 발현하는 MDA-MB-231 유래 변이주에서는, 200 nM SCH900776에서 hydroxyurea에 대한 감작의 완전한 수준을 달성할 수 있었는데, 이는 종양의 반응이 체내(내인성) Chk1 수준에 따라 달라질 수 있음을 시사한다. 현재 우리는 다양한 암종 세포주의 패널에서의 상이한 반응을 비교하고 있으며, 200 nM SCH900776에서 hydroxyurea에 최대 100배까지 감작되는 세포주들이 일부 존재하지만, Chk1 수준 이외의 결정인자(determiants)가 있는 것으로 보인다. 이러한 결과는 환자에서 SCH900776의 효능이 현저하게 다르게 나타날 것임을 시사하는 방향으로 외삽될 수 있다. 반응의 매개변수를 정의하는 것이 중요할 것이며, 이는 Chk1 억제제와의 병합요법에 반응할 가능성이 가장 높은 환자군의 선별에 도움이 될 수 있다. 인용 형식: {Authors}. {Abstract title} [abstract]. In: 101st Annual Meeting of the American Association for Cancer Research (2010 Apr 17-21); Washington, DC. Philadelphia (PA): AACR; Cancer Res 2010;70(8 Suppl):Abstract nr 2510.

우리는 종양 특이적 L-plastin 프로모터에 의해 시토신 디아미네이스 유전자(CD)의 발현이 유도되는 복제 불능 재조합 아데노바이러스 벡터 AdLPCD에 대해 이전에 보고한 바 있다. AdLPCD 벡터는 5-FC에 대한 난소암 세포의 화학감작(chemosensitization) 효능에 대해 평가되었다. LacZ 리포터 유전자 분석으로 판단할 때 난소암 세포인 OVCAR-3 및 SK-OV-3는 아데노바이러스 형질도입이 가능한 것으로 나타났음에도 불구하고, 두 세포주는 AdLPCD/5-FC 시스템에 대한 감수성에서 상당히 다른 양상을 보였다. OVCAR-3 세포에서는 AdLPCD의 감염 후 5-FC에 노출되면 통계적으로 유의한 수준에서 세포 성장의 억제가 관찰되었다. 반면 SK-OV-3 세포는 동일한 조건에서 OVCAR-3 세포에 비해 CD/5-FC 전략에 더 저항성을 보였다. 본 연구의 목적은 AdLPCD/5-FC에 대한 감수성을 결정하는 요인을 조사하는 것이었다. 우리는 HPLC 분석을 통해 AdLPCD 감염 후 5-FC가 5-FU로 전환되는 전환율, 5-FU의 $I{C}_{50}$, 인테그린 수용체의 발현 수준, 즉 $\alpha v\beta 3$ 및 $\alpha v\beta 5$, 그리고 OVCAR-3 및 SK-OV-3 세포에서 p53의 상태를 평가하였다. 그 결과, OVCAR-3 세포는 SK-OV-3 세포에 비해 AdLPCD/5-FC 전략에 더 효과적이기 위한 유리한 특징이 더 적은 것으로 나타났는데, 구체적으로는 $\alpha v\beta 5$ 인테그린의 더 높은 수준, 5-FC의 5-FU로의 전환율 증가, 그리고 $I{C}_{50}$이 더 낮은 5-FU 등이었다. 이러한 결과는 일부 환자에서 병용 화학요법에서 기존의 화학요법 병용 치료에 비해 5-FU를 CD/5-FC로 대체할 경우 독성이 더 낮고 훨씬 더 강한 세포독성을 보일 수 있음을 시사한다.

암 치료를 위한 유전적 변형은, 고형 종양에 대한 기존 치료 접근의 치료 성과를 향상시키기 위한 목적으로 각각 정상 세포와 종양 세포에 화학요법 보호 유전자와 감작(sensitization) 유전자를 도입하는 것을 포함해 왔다. 본 논문은 이러한 목적을 위해 다제내성-1(multidrug resistance-1) 레트로바이러스 벡터와 시토신 디아미나제(cytosine deaminase) 아데노바이러스 전구약물 활성화(prodrug activation) 벡터의 사용을 검토할 것이다.

구강암의 치료 효과를 개선하기 위해서는 새로운 치료 접근이 필요하다. 이는 구강 부위에서 종양을 외과적으로 절제할 경우 다양한 구강 기능 장애가 유발되기 때문이다. 구강암의 분자생물학은 점차적으로 규명되어 왔다. 동시에, 암세포에서 기능이상 유전자를 표적화하거나 대체할 수 있는 유전자 치료 기법들이 개발되어, 광범위한 암을 치료할 수 있는 잠재력을 제공하고 있다. 구강암은 접근성이 높기 때문에 유전자 치료의 매력적인 표적이 된다. 본 논문에서는 구강암에 적용된 유전자 치료의 현재 상태를 고찰한다.