DNA

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12429(2023) 이 기사 인용

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유형 II 토포이소머라제(Top2) 중독 요법은 복제 및 전사가 진행되는 세포에서 이중 가닥 절단(DSB)을 유도하여 광범위한 암을 치료하는 데 사용됩니다. NHEJ(비상동성 말단 결합) 억제제인 ​​DNA-PK의 억제를 통해 DSB 복구를 방지하면 Top2 독으로 세포 사멸이 증가하고 여러 임상 시험이 시작되었습니다. 이중 DNA-PK/Top2 억제의 시너지 효과로 이어지는 세포 메커니즘을 밝히기 위해 우리는 순환 세포와 비순환 세포, 3D 회전 타원체 및 이종 이식 모델에서 그 효과를 조사했습니다. 결합된 DNA-PK/Top2 억제는 일반적으로 Top2 중독에 가장 취약한 세포 집단인 증식 세포에서 세포 사멸을 증가시킬 뿐만 아니라 비증식성이지만 전사 활성 세포에서도 세포 사멸을 증가시키는 것으로 밝혀졌습니다. 이 효과는 암과 정상 조직 모델 모두에서 관찰되었으며, 고농도의 에토포사이드 단독보다 더 많은 세포를 죽였습니다. 병용 요법은 Top2 중독 단독에 비해 생쥐의 종양 성장을 지연시켰지만 독성도 증가시켰습니다. 이러한 발견은 DNA-PK 억제에 의한 Top2β 중독에 대한 Top2β 발현, 비순환 세포의 감작을 입증합니다. DNA 손상 복구 억제제와의 조합을 통해 비증식 세포를 포함하도록 Top2 독극물 치료의 표적 세포 집단을 확장하는 것은 현재 임상 시험 중인 DNA-PK 억제제를 포함하여 이러한 조합의 효능 및 독성에 영향을 미칩니다.

토포이소머라제 II(Top2) 효소는 복제, 전사, 염색체 분리 및 DNA 재조합 중에 DNA의 토폴로지를 조절합니다. 슈퍼코일링, 연결 및 결절과 같은 DNA 구조의 특징으로 인해 중요한 DNA 처리 효소에 대한 접근이 어렵습니다. 이는 일시적으로 DNA 나선을 절단하고 복잡한 구조를 '풀어주는' Top2 결합에 의해 해결됩니다1. 이러한 일시적 중단을 영구적인 DSB로 전환할 수 있는 가능성으로 인해 Top2는 암 치료의 매력적인 표적이 됩니다. 실제로, DNA 토포이소머라제는 고형 및 혈액학적 악성종양을 치료하는 데 사용되는 여러 화학요법제의 분자 표적입니다.

Top2 표적 항암제의 메커니즘과 구조-활성 관계는 최근 Buzun et al.2에 의해 검토되었습니다. 임상적으로 활성인 약물인 에토포사이드(etoposide)와 독소루비신(doxorubicin)을 포함한 Top2 독극물은 복제 및 전사 중에 Top2-DNA 공유 복합체에 결합하고 안정화하며 DNA 절단된 말단의 재연결을 방지합니다. 인간에서 유사한 기본 구조를 공유하는 Top2α와 Top2β라는 두 가지 Top2 isoform이 있습니다. 염색체 분리와 DNA 재조합에는 두 이소형이 모두 필요하지만 Top2α는 DNA 복제를 안내하기 위해 증식하는 세포에서 고도로 발현되는 반면 Top2β는 전사 중에 더 지배적인 역할을 하며 도처에서 발현됩니다4. Top2 독에 의해 갇히면 두 이소형 모두 DNA DSB를 생성하지만 Top2β 녹다운/녹아웃 세포주는 에토포시드 IC505에 큰 영향을 미치지 않기 때문에 Top2 독 매개 세포 세포 독성에 대한 주요 이소형 표적은 Top2α라는 증거가 나타났습니다. Top2α는 Top2 독극물 활동에 대한 주요 분자 표적이며 Top2α 발현 수준은 Top2 독극물 치료에 적합한 암 환자를 선별하기 위한 예후 바이오마커로 사용됩니다6. 따라서 Top2α를 발현하는 증식하는 세포는 Top2 독극물 치료에 가장 취약하지만 DNA DSB는 다른 Top 2 isoform이 활성화된 추가 집단에도 도입됩니다.

두 가지 주요 DNA DSB 복구 경로는 NHEJ(비상동 말단 결합)와 HR(상동 재조합)입니다. HR은 자매 염색체가 복구를 위한 서열 주형으로 이용 가능하고 결과적으로 Top2α 이소형의 중독에 의해 매개되는 복제 의존적 DNA DSB의 복구에 역할을 하는 후기 S/G2 단계에서 발생합니다. NHEJ는 세포 주기 전반에 걸쳐 발생하며 두 개의 깨진 DNA 끝을 함께 연결하여 DNA 파손을 복구합니다. 전반적으로 NHEJ는 포유동물 세포에서 주된 DNA DSB 복구 경로이며, 세포 주기의 비증식 단계에 있는 세포에 특히 중요한 역할을 합니다7. 포스파티딜이노시톨 3-키나제 관련 키나제(PIKK) 계열의 구성원인 DNA 의존성 단백질 키나제(DNA-PK)는 NHEJ 경로의 핵심 구성 요소로 확인되었으며 따라서 치료 개발의 새로운 표적입니다8.