KR20240153453A - Pharmaceutical composition for preventing or treating cancer comprising a shRNA for inhibiting IGFBP5 expression as an active ingredient - Google Patents
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Abstract
본 발명의 IGFBP5 발현 억제제 및/또는 IGFBP5 돌연변이 단백질은 암세포의 전이성, 침습성, 및 선택적 종양형성에 대한 강력한 억제 효과를 갖는 바, 세포의 비정상적인 성장에 의한 각종 질환, 특히 원발성 및 전이성 고형암과 백혈병 등의 같은 퇴행성 질환 치료에 유용하게 사용될 수 있다.The IGFBP5 expression inhibitor and/or IGFBP5 mutant protein of the present invention has a strong inhibitory effect on the metastasis, invasiveness, and selective tumorigenesis of cancer cells, and thus can be usefully used in the treatment of various diseases caused by abnormal growth of cells, especially degenerative diseases such as primary and metastatic solid cancers and leukemia.
Description
본 발명은 종양 단백질 키나제 효소 PLK1이 IGFBP5 인산화를 통해 종양의 형성과 암의 전이를 유도하는 것을 확인하고, IGFBP5의 발현 억제를 통해 종양의 형성과 암의 이동성 및 침습성을 감소할 수 있음으로부터 IGFBP5의 발현 억제에 효과적인 shRNA 등을 제공하는 것이다. The present invention confirms that the tumor protein kinase enzyme PLK1 induces tumor formation and cancer metastasis through IGFBP5 phosphorylation, and provides shRNA and the like that are effective in suppressing the expression of IGFBP5, thereby reducing tumor formation and cancer mobility and invasiveness through suppression of the expression of IGFBP5.
IGFBP5는 IGF-I에 binding하여 IGF-1 signaling을 조절하는 것으로 알려져 있다 (Firth SM et al., Endocr Rev, (2002) 23(2002), pp.824-854). IGF-1는 인슐린과 유사하며 조직의 성장, 발달 및 유지에 중요한 성장 인자이다 (Sahitya K Denduluri et al., Genes and Disease, 2 (2015), pp. 13-25). 모든 척추 동물에서 발견되는 IGFBP5는 인간의 2번 염색체에 위치해 있으며, 인간의 다양한 조직에서 발현되고 약 29 KDa의 단백질을 암호화한다. IGFBP5는 N-terminal domain, L-domain 및 C-terminal domain으로 구성되어 있으며, 세포외 기질(ECM)로 분비되도록 하는 signal peptide와 핵으로 이동하도록 하는 핵 국소화 서열(NLS)을 가지고 있다 (Mustafa Akkiprik et al., Breast Cancer Res, 212 (2008)). IGFBP5의 N-terminal domain과 C-terminal domain 모두 IGF-1 결합 부위를 가지고 있으며, C-terminal domain은 ECM 단백질과의 결합 site를 포함한다 (Hodgkinson SC et al., J Mol Endocrinol, 13 (1994), pp. 105-112). IGFBP5는 IGF-1 의존적 경로와 IGF-1 비의존적 경로, 2가지 경로를 통해 발암에 잠재적인 역할을 하는 것으로 알려져 있다 (Mustafa Akkiprik et al., BMC cancer, 103 (2009)). IGFBP5는 IGF-1에 결합하여 IGF-1의 반감기를 늘려주며, 조직에서 필요할 때 방출하기 위한 저장소 역할을 할 수 있다 (Mohan S et al., J Endocrinol, 175 (2002), pp.19-31). IGFBP-5는 세포 표면과 세포외 기질(ECM) 모두에 결합하는데, IGFBP-5가 ECM 또는 heparin에 결합하면 IGF-I에 대한 IGFBP-5 친화도가 8~17배 감소하고 세포에 대한 IGF-I의 생물학적 작용이 향상된다 (Jones JI et al., J Cell Biol, 121 (1993), pp.679-87.). IGF-1 비의존적 경로에서는 IGFBP5가 추정되는 수용체와의 결합을 통해 세포질로 들어갈 수 있다. 다른 단백질과의 상호작용에 의한 IGFBP5의 세포질 축적은 anti-apoptosis 효과를 나타내고 전이를 자극하는 반면, Importin-β와의 결합을 통해 핵으로 들어간 IGFBP5는 apoptosis를 증가시킨다. 유방암 조직 표본에서 IGFBP5 mRNA가 검출되었으며, 인접한 정상 조직과 비교해 종양 표본에서 높은 발현을 보였다. 또한, IGFBP5 단백질이 세포질에 국한되어 있음이 관찰되었다 (Mustafa Akkiprik et al., Breast Cancer Res, 212 (2008)). IGFBP5 is known to bind to IGF-I and regulate IGF-1 signaling (Firth SM et al., Endocr Rev, (2002) 23(2002), pp.824-854). IGF-1 is an insulin-like growth factor important for the growth, development, and maintenance of tissues (Sahitya K Denduluri et al., Genes and Disease, 2 (2015), pp. 13-25). IGFBP5, which is found in all vertebrates, is located on human chromosome 2, is expressed in various human tissues, and encodes a protein of approximately 29 KDa. IGFBP5 consists of an N-terminal domain, an L-domain, and a C-terminal domain, and has a signal peptide that causes secretion into the extracellular matrix (ECM) and a nuclear localization sequence (NLS) that causes translocation into the nucleus (Mustafa Akkiprik et al., Breast Cancer Res, 212 (2008)). Both the N-terminal and C-terminal domains of IGFBP5 contain IGF-1 binding sites, and the C-terminal domain contains a binding site for ECM proteins (Hodgkinson SC et al., J Mol Endocrinol, 13 (1994), pp. 105-112). IGFBP5 is known to have a potential role in oncogenesis through two pathways, IGF-1-dependent and IGF-1-independent pathways (Mustafa Akkiprik et al., BMC cancer, 103 (2009)). IGFBP5 binds to IGF-1, prolongs the half-life of IGF-1, and may act as a reservoir for release when needed in tissues (Mohan S et al., J Endocrinol, 175 (2002), pp. 19-31). IGFBP-5 binds to both the cell surface and the extracellular matrix (ECM), and binding of IGFBP-5 to the ECM or heparin decreases the affinity of IGFBP-5 for IGF-I by 8- to 17-fold and enhances the biological action of IGF-I on cells (Jones JI et al., J Cell Biol, 121 (1993), pp.679-87.). In the IGF-I-independent pathway, IGFBP5 can enter the cytoplasm through binding to a putative receptor. Cytoplasmic accumulation of IGFBP5 by interaction with other proteins exhibits anti-apoptotic effects and stimulates metastasis, whereas IGFBP5 that enters the nucleus through binding to Importin-β enhances apoptosis. IGFBP5 mRNA was detected in breast cancer tissue specimens, and higher expression was observed in tumor specimens compared with adjacent normal tissues. Additionally, it has been observed that IGFBP5 protein is localized in the cytoplasm (Mustafa Akkiprik et al., Breast Cancer Res, 212 (2008)).
IGFBP5의 발현은 유방암 (Mustafa Akkiprik et al., Breast Cancer Res, 212 (2008)), 결장직장암 (Yu Deng et al., International Journal of General Medicine, 15 (2022), pp.6485-6497), 췌장암 (Sarah K et al., Molecular Carcinogenesis, 45 (2006), pp.814-827), 난소암 (Graeme Walker et al., Clinical Cancer Research, 13 (2007), pp.1438-1444), 교모세포종 (Vani Santosh et al., Cancer Epidemiology Biomarkers & Prevention, 19 (2010), pp.1399-1408), 비기능성 뇌하수체 선종(NEPA) (Francoise Galland, Endocrine-Related Cancer, 17 (2010), pp.361-371)을 비롯한 악성 종양에서 관찰된다. Expression of IGFBP5 has been linked to breast cancer (Mustafa Akkiprik et al., Breast Cancer Res, 212 (2008)), colorectal cancer (Yu Deng et al., International Journal of General Medicine, 15 (2022), pp.6485-6497), pancreatic cancer (Sarah K et al., Molecular Carcinogenesis, 45 (2006), pp.814-827), ovarian cancer (Graeme Walker et al., Clinical Cancer Research, 13 (2007), pp.1438-1444), glioblastoma (Vani Santosh et al., Cancer Epidemiology Biomarkers & Prevention, 19 (2010), pp.1399-1408), and non-functioning pituitary adenoma (NEPA) (Francoise Galland, Endocrine-Related Cancer, 17 (2010), It is observed in malignant tumors including (pp.361-371).
유방암의 clinical data에서 양성 유방 상피에 비해 T1 유방 암종에서 IGFBP5의 발현이 높았으며, T1NO 암종보다 T1N1에서 발현이 높음이 관찰됐다. IGFBP5가 T1 침윤성 유방에서 림프절 전이를 예측하는 마커 중 하나가 될 수 있으며 이는 IGFBP5 발현이 전이와 연관되어 있음을 시사한다고 알려졌지만 (Huamin Wang MD et al., The Breast journal, 14 (2008), pp.261-267), EMT를 매개하는데 있어서 그 역할은 정확하게 알려져 있지 않다.In clinical data of breast cancer, the expression of IGFBP5 was higher in T1 breast carcinoma than in benign breast epithelium, and higher in T1N1 than in T1NO carcinoma. It has been reported that IGFBP5 can be one of the markers predicting lymph node metastasis in T1 invasive breast, which suggests that IGFBP5 expression is associated with metastasis (Huamin Wang MD et al., The Breast journal, 14 (2008), pp.261-267), but its role in mediating EMT is not precisely known.
Polo-like kinase 1(PLK1)은 발암의 원인 단백질 키나제 효소로 잘 알려져 있으며 (Barr et al., Nat Rev Mol Cell Biol 5 (2004) 429-440; Yim and Erikson, Mutation Research Reviews Mutation Research, 761 (2014) 31-39), 최근 연구에 따르면 전이를 유발하는 키나제 효소로도 그 기능이 밝혀져 (Cai et al., Am J Transl Res 8 (2016) 4172-4183; Wu et al., eLife 5 (2016) e10734; Shin et al., Oncogene, 39 (2020), pp.767-785), 암치료의 타겟 분자로 연구되고 있으며, 이를 기반으로 PLK1에 대한 억제제 개발을 통한 항암제 개발 연구가 다국적기업을 중심으로 경쟁적으로 진행되고 있다(J. Van den Bossche, 36 (2016), pp.749-786; Rosie Elizabeth Ann Gutteridge, Molecular Cancer Therapeutics, 15 (2016), pp.1427-1435; Yim, Anti-Cancer Drugs 24(2013) 999-1006; Yim and Erikson, Mutation Research Reviews Mutation Research, 761 (2014) 31-39). PLK1은 인산화효소 활성을 지닌 키나제 활성 도메인과 기질과 결합하는 폴로박스 도메인을 지니고 있으며, T210위치에서의 인산화가 PLK1의 활성화를 유발시킨다. 활성화된 PLK1 인산화 효소는 기질의 Ser/Thr 잔기를 인산화시키는 효소이다(Barr et al., Nat Rev Mol Cell Biol 5 (2004) 429-440). 기능적으로는 성장 및 분열하는 세포에서 발현이 증가되는데 특히 세포주기 중 세포분열기에서의 발현과 활성이 정점을 이루고 있다. 따라서 빠르게 성장하는 암세포에서 또한 그 발현율이 높은 것으로 알려져 있으며(Yim, Anti-Cancer Drugs 24(2013) 999-1006; Yim and Erikson, Mutation Research Reviews Mutation Research, 761 (2014) 31-39), 암세포의 단계별 악성화 과정에서 많은 경우 그 발현이 증가되는 것이 실험적으로 보고되었다. 특히 비소세포 폐암, 두부경부암, 후두암, 유방암, 간암, 자궁내막암, 대장암, 난소암, 췌장암, 전립선암 등에서 악성 단계가 높을수록 그 발현이 증가되어 있음이 보고되었다(Yim, Anti-Cancer Drugs 24(2013) 999-1006; Yim and Erikson, Mutation Research Reviews Mutation Research, 761 (2014) 31-39). 최근 연구보고와 본 발명자들의 연구에 의하면 활성형의 PLK1이 암의 전이성을 증가시키는 데 관여하고 있음이 보고되었고(Cai et al., Am J Transl Res 8 (2016) 4172-4183; Wu et al., eLife 5 (2016) e10734; Shin et al., Oncogene, 39 (2020), pp.767-785), 이에 전이성 암을 치료하기 위한 분자 타겟으로써 PLK1에 대한 가치가 최근 부각되기 시작하였다. 따라서 PLK1의 인산화기질의 기능 조절을 타겟으로 하는 항암제의 경우 원발성 암뿐만 아니라 전이성 암의 치료에도 효과가 뛰어날 것으로 기대하고 있다. Polo-like kinase 1 (PLK1) is well known as a protein kinase enzyme that causes carcinogenesis (Barr et al., Nat Rev Mol Cell Biol 5 (2004) 429-440; Yim and Erikson, Mutation Research Reviews Mutation Research, 761 (2014) 31-39), and recent studies have revealed that it also functions as a kinase enzyme that induces metastasis (Cai et al., Am J Transl Res 8 (2016) 4172-4183; Wu et al., eLife 5 (2016) e10734; Shin et al., Oncogene, 39 (2020), pp.767-785), and it is being studied as a target molecule for cancer treatment. Based on this, research on the development of anticancer drugs through the development of PLK1 inhibitors is being competitively conducted mainly by multinational companies (J. Van den Bossche, 36 (2016), pp.749-786; Rosie Elizabeth Ann Gutteridge, Molecular Cancer Therapeutics, 15 (2016), pp.1427-1435; Yim, Anti-Cancer Drugs 24(2013) 999-1006; Yim and Erikson, Mutation Research Reviews Mutation Research, 761 (2014) 31-39). PLK1 has a kinase activation domain with kinase activity and a polo box domain that binds substrates, and phosphorylation at position T210 induces PLK1 activation. Activated PLK1 kinase is an enzyme that phosphorylates Ser/Thr residues of substrates (Barr et al., Nat Rev Mol Cell Biol 5 (2004) 429-440). Functionally, its expression is increased in growing and dividing cells, and its expression and activity peak during the cell division phase of the cell cycle. Therefore, it is also known to have a high expression rate in rapidly growing cancer cells (Yim, Anti-Cancer Drugs 24(2013) 999-1006; Yim and Erikson, Mutation Research Reviews Mutation Research, 761 (2014) 31-39), and it has been experimentally reported that its expression increases in many cases during the stage-by-stage malignancy process of cancer cells. In particular, it has been reported that its expression increases as the malignancy stage increases in non-small cell lung cancer, head and neck cancer, laryngeal cancer, breast cancer, liver cancer, endometrial cancer, colon cancer, ovarian cancer, pancreatic cancer, and prostate cancer (Yim, Anti-Cancer Drugs 24(2013) 999-1006; Yim and Erikson, Mutation Research Reviews Mutation Research, 761 (2014) 31-39). Recent research reports and our own studies have shown that activated PLK1 is involved in increasing cancer metastasis (Cai et al., Am J Transl Res 8 (2016) 4172-4183; Wu et al., eLife 5 (2016) e10734; Shin et al., Oncogene, 39 (2020), pp.767-785), and thus the value of PLK1 as a molecular target for treating metastatic cancer has recently begun to be highlighted. Therefore, it is expected that anticancer agents targeting the regulation of the function of PLK1 phosphorylation substrates will be effective in the treatment of not only primary cancer but also metastatic cancer.
전이암은 암종에 따라 다른 차이를 보여주고는 있으나, 전체 암환자 사망의 90%까지 이룰 수 있어 그 위험도를 가늠할 수 있다 (Valastyan, S. and Weinberg, R.A., Cell 147 (2011) 275-292; Khan, I. and Steeg, P.S., Lab Invest 98 (2018) 198-210). 항암치료에 있어 원발소 암을 치료한다고 하더라도, 전이를 막을 수 없다면 암의 재발 등에 의해서 생존률이 매우 낮아지는 것으로 알려져 있다 (Valastyan, S. and Weinberg, R.A., Cell 147 (2011) 275-292; Shibue, T. and Weinberg, Semin Cancer Biol 21 (2011) 99-106). 암의 치료에 있어, 암 세포의 증식 억제와 전이의 억제가 항상 같이 나타나는 효과가 아니다. 따라서, 암의 전이를 억제할 수 있는 치료법의 개발은 많은 암환자들의 생존율를 높여 암의 치료 효율이 비약적으로 개선될 수 있다는 면에서, 전이성 암의 치료를 위한 암의 전이 및 침윤을 효과적으로 억제하는 치료 타겟 또는 치료제의 개발이 필요하다.Although metastatic cancer shows different differences depending on the cancer type, it can account for up to 90% of all cancer patient deaths, so its risk can be estimated (Valastyan, S. and Weinberg, R.A., Cell 147 (2011) 275-292; Khan, I. and Steeg, P.S., Lab Invest 98 (2018) 198-210). It is known that even if the primary cancer is treated in chemotherapy, the survival rate is greatly reduced due to cancer recurrence, etc. if metastasis cannot be prevented (Valastyan, S. and Weinberg, R.A., Cell 147 (2011) 275-292; Shibue, T. and Weinberg, Semin Cancer Biol 21 (2011) 99-106). In cancer treatment, the inhibition of cancer cell proliferation and the inhibition of metastasis do not always appear at the same time. Therefore, the development of a treatment that can suppress cancer metastasis can dramatically improve the treatment efficiency of cancer by increasing the survival rate of many cancer patients. Therefore, the development of a treatment target or treatment agent that effectively suppresses cancer metastasis and invasion for the treatment of metastatic cancer is necessary.
본 발명은 IGFBP5의 발현을 억제하여 암세포의 전이성, 침습성, 및 선택적 종양형성의 감소를 확인하여 완성된 것으로서, IGFBP5의 발현 억제에 효과적인 shRNA를 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.The present invention has been completed by confirming a decrease in metastasis, invasiveness, and selective tumorigenesis of cancer cells by suppressing the expression of IGFBP5, and provides a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer containing shRNA effective in suppressing the expression of IGFBP5.
또한, 본 발명은 PLK1에 의해 인산화되는 영역이 변이된 IGFBP5 돌연변이 단백질을 유효성분으로 포함하는 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention aims to provide a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer, which comprises as an active ingredient an IGFBP5 mutant protein in which a region phosphorylated by PLK1 is mutated.
또한, 본 발명은 상기 IGFBP5 shRNA 및 IGFBP 돌연변이 단백질을 유효성분으로 포함하는 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention aims to provide a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer, comprising the IGFBP5 shRNA and IGFBP mutant protein as active ingredients.
상술한 본 발명의 약학적 조성물은 여러 조직에서 유래한 고형암에서의 전이성을 억제하며, 비소세포폐암 세포에서 나타나는 암세포의 전이성, 침습성 및 선택적 종양형성에 대한 강력한 억제 활성을 나타내는 바, 각종 고형암 및 전이성 암을 효과적으로 예방 및 치료할 수 있다. The pharmaceutical composition of the present invention described above inhibits metastasis in solid cancers derived from various tissues and exhibits potent inhibitory activity against metastasis, invasiveness and selective tumorigenesis of cancer cells appearing in non-small cell lung cancer cells, so that it can effectively prevent and treat various solid cancers and metastatic cancers.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
야생형 IGFBP5(insulin like growth factor binding protein 5)는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 단백질이고, 서열번호 5의 염기서열로 암호화된다.Wild-type IGFBP5 (insulin like growth factor binding protein 5) is a protein consisting of the amino acid sequence of sequence number 1 and encoded by the base sequence of sequence number 5.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 IGFBP5 발현 억제제를 유효성분으로 포함하는 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.To solve the above problem, the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer containing an IGFBP5 expression inhibitor as an active ingredient.
본 발명의 일 구현예로서, 상기 IGFBP5 발현 억제제는 IGFBP5 mRNA의 일부와 상보적인 올리고뉴클레오티드를 포함하는 앱타머, siRNA, shRNA, 및 miRNA일 수 있다. As one embodiment of the present invention, the IGFBP5 expression inhibitor may be an aptamer, siRNA, shRNA, and miRNA comprising an oligonucleotide complementary to a portion of IGFBP5 mRNA.
본 발명의 다른 구현예로서, 상기 IGFBP5 발현 억제제는 서열번호 11, 서열번호 15, 또는 서열번호 19의 염기서열과 상보적인 염기서열을 포함하는 올리고뉴클레오티드일 수 있다.As another embodiment of the present invention, the IGFBP5 expression inhibitor may be an oligonucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 15, or SEQ ID NO: 19.
본 발명의 다른 구현예로서, 상기 IGFBP5 발현 억제제는 서열번호 6 내지 서열번호 8 중 어느 하나의 염기서열을 포함하거나 이로 이루어진 shRNA일 수 있으나, 바람직하게는 서열번호 6의 염기서열을 포함하거나 이로 이루어진 shRNA일 수 있다.As another embodiment of the present invention, the IGFBP5 expression inhibitor may be an shRNA comprising or consisting of any one of the base sequences of SEQ ID NO: 6 to SEQ ID NO: 8, but preferably, it may be an shRNA comprising or consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 6.
또한, 본 발명은 상기 shRNA를 유효성분으로 포함하는 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer containing the shRNA as an active ingredient.
본 발명의 일 구현예로서, 상기 조성물은 서열번호 1의 IGFBP5에서 256 및/또는 269번째 아미노산 잔기가 트레오닌(Threonine)이 글리신(Glycine), 알라닌(Alanine), 발린(Valine), 루신(Leucine), 아이소루신(Isoleucine), 프롤린(Proline), 페닐알라닌(Phenylalanine), 메티오닌(Methionine) 또는 트립토판(Tryptophan)으로 치환된 IGFBP5 돌연변이 단백질을 추가로 포함할 수 있다. As one embodiment of the present invention, the composition may additionally include an IGFBP5 mutant protein in which amino acid residues 256 and/or 269 of IGFBP5 of SEQ ID NO: 1 are substituted for Threonine with Glycine, Alanine, Valine, Leucine, Isoleucine, Proline, Phenylalanine, Methionine or Tryptophan.
본 발명의 다른 구현예로서, 상기 돌연변이 단백질은 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하거나 이로 이루어진 것일 수 있다. As another embodiment of the present invention, the mutant protein may comprise or consist of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
본 발명의 다른 구현예로서, 상기 돌연변이 단백질은 서열번호 3의 아미노산 서열을 포함하거나 이로 이루어진 것일 수 있다. As another embodiment of the present invention, the mutant protein may comprise or consist of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3.
본 발명의 다른 구현예로서, 상기 서열번호 3의 256번째 아미노산 잔기는 알라닌일 수 있다. As another embodiment of the present invention, the 256th amino acid residue of SEQ ID NO: 3 may be alanine.
본 발명의 다른 구현예로서, 상기 IGFBP5 돌연변이 단백질은 서열번호 4의 아미노산 서열을 포함하거나 이로 이루어진 것일 수 있다.As another embodiment of the present invention, the IGFBP5 mutant protein may comprise or consist of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4.
본 발명의 다른 구현예로서, 상기 서열번호 4의 269 번째 아미노산이 알라닌일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the 269th amino acid of sequence number 4 may be alanine.
본 발명의 다른 구현예로서, 상기 조성물은 암세포의 이동성 및 침습성을 감소시켜 암의 전이(Metastasis)를 억제하는 것일 수 있다. As another embodiment of the present invention, the composition may inhibit cancer metastasis by reducing the mobility and invasiveness of cancer cells.
본 발명의 다른 구현예로서, 상기 암은 고형암일 수 있고, 상기 고형암은 교모세포종, 난소암, 방광암, 비기능성 뇌하수체 선종, 식도암, 신장암, 유방암, 위암, 직장암, 자궁경부암, 자궁내막암, 폐암, 및 췌장암으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 암일 수 있으며, 상기 폐암은 비소세포폐암일 수 있으며, 상기 비소세포폐암은 특히 선암일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the cancer may be a solid cancer, and the solid cancer may be at least one cancer selected from the group consisting of glioblastoma, ovarian cancer, bladder cancer, non-functioning pituitary adenoma, esophageal cancer, renal cancer, breast cancer, stomach cancer, rectal cancer, cervical cancer, endometrial cancer, lung cancer, and pancreatic cancer, and the lung cancer may be non-small cell lung cancer, and the non-small cell lung cancer may particularly be adenocarcinoma.
또한, 본 발명은 상기 IGFBP5 발현 억제제 및/또는 IGFBP5 돌연변이체를 개체에 투여하는 단계를 포함하는 암의 예방 또는 치료 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for preventing or treating cancer, comprising a step of administering the IGFBP5 expression inhibitor and/or the IGFBP5 mutant to a subject.
본 발명의 일 구현예로서, 상기 개체는 암의 예방 또는 치료가 필요한 인간일 수 있으며, 이미 암이 발생되어 치료 중에 있는 환자, 또는 암의 완치 후 전이를 예방하기 위한 환자일 수 있다. 또한, 본 발명은 암의 예방 또는 치료용 약제 제조를 위한 상기 IGFBP5 발현 억제제의 용도를 제공한다.In one embodiment of the present invention, the subject may be a human being in need of prevention or treatment of cancer, a patient who has already developed cancer and is undergoing treatment, or a patient in need of prevention of metastasis after complete cure of cancer. In addition, the present invention provides a use of the IGFBP5 expression inhibitor for the manufacture of a medicament for the prevention or treatment of cancer.
본 발명의 IGFBP5 발현 억제제 및/또는 IGFBP5 돌연변이 단백질은 암세포의 전이성, 침습성, 및 선택적 종양형성에 대한 강력한 억제 효과를 갖는 바, 세포의 비정상적인 성장에 의한 각종 질환, 특히 원발성 및 전이성 고형암과 백혈병 등의 같은 퇴행성 질환 치료에 유용하게 사용될 수 있다.The IGFBP5 expression inhibitor and/or IGFBP5 mutant protein of the present invention has a strong inhibitory effect on the metastasis, invasiveness, and selective tumorigenesis of cancer cells, and thus can be usefully used in the treatment of various diseases caused by abnormal growth of cells, especially degenerative diseases such as primary and metastatic solid cancers and leukemia.
도 1a 내지 도 1b는 선암종 환자를 대상으로 한 임상분석에서 PLK1과 IGFBP5 발현에 따른 생존율을 분석 결과이다.
도 1a : KM plotter를 이용하여 폐선암종 단계별 환자에서 PLK1과 IGFBP5 발현에 따른 전체 생존률을 분석한 결과이다.
도 1b : Heat map 분석을 통해 폐선암종 단계별 환자에서 PLK1과 IGFBP5 발현 증가를 분석한 결과이다.
도 2a 내지 도 2g는 TGF-β에 의한 간엽이행과정에서 IGFBP5 발현 수준을 관찰한 결과이다.
도 2a : A549 세포와 H358 세포에 5ng/ml TGF-β를 처리한 후 EMT가 일어났을 때 IGFBP5 발현을 면역블롯을 이용하여 관찰한 결과이다. EMT가 잘 유도되었는지 확인하기 위하여 상피 마커 E-cadherin과 간엽 마커 N-cadherin, Vimentin, SNAI1의 발현 또한 관찰하였다.
도 2b : A549 세포와 H358 세포에 5ng/ml TGF-β를 처리한 후 EMT가 일어났을 때 IGFBP5 발현을 관찰한 면역블롯 데이터를 수치로 표현한 그래프이다.
도 2c : A549 세포와 H358 세포에 5ng/ml TGF-β를 처리한 후 EMT가 일어났을 때 IGFBP5 mRNA level을 실시간 중합효소 연쇄반응(Real-time PCR)을 이용하여 관찰한 결과이다.
도 2d : 면역블랏(Immunoblotting)을 이용하여 폐 섬유아세포 MRC5와 원발성 폐암 A549, 전이성 폐암 H460, H358, H1299에서 IGFBP5와 PLK1, p-PLK1의 발현을 분석한 결과이다.
도 2e : 면역블랏(Immunoblotting)을 이용하여 폐 섬유아세포 MRC5와 원발성 폐암 A549, 폐선암 stage 별 cell line (H522, H1373, H2009)에서 IGFBP5와 PLK1, p-PLK1의 발현을 분석한 결과이다.
도 2f : A549 세포와 H358 세포에 5ng/ml TGF-β를 처리한 후 EMT가 일어났을 때 IGFBP5 발현을 면역블롯을 이용하여 관찰한 결과이다. EMT가 잘 유도되었는지 확인하기 위하여 상피 마커 E-cadherin과 간엽 마커 N-cadherin, Vimentin, SNAI1의 발현 또한 관찰하였다.
도 2g : A549 세포와 H358 세포에 5ng/ml TGF-β를 처리한 후 EMT가 일어났을 때 IGFBP5 발현을 관찰한 면역블롯 데이터를 수치로 표현한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 임상 데이터에서 IGFBP5의 발현에 따른 고형암 환자의 생존율을 분석한 결과이다.
A: KM PLOTTER 분석을 통해서 자궁경부암 (왼쪽 그래프), 자궁내막암 (가운데 그래프) 환자와 유방암 (오른쪽 그래프) 환자에서 IGFBP5발현에 따른 생존율을 분석한 결과 그래프이다.
B: KM PLOTTER 분석을 통해서 경부 방광암 (왼쪽 그래프), 식도암 (가운데 그래프) 환자와 난소암 (오른쪽 그래프) 환자에서 IGFBP5발현에 따른 생존율을 분석한 결과 그래프이다.
C: KM PLOTTER 분석을 통해서 신장세포암 (왼쪽 그래프) 환자와 위암 (가운데 그래프) 환자에서 IGFBP5발현에 따른 생존율을 분석한 결과 그래프이다.
도 4는 PLK1과 IGFBP5의 상호작용과 PLK1 활성형에 의한 IGFBP5의 인산화 및 인산화 부위를 분석한 결과이다.
A : A549 세포에 5 ng/ml TGF-β를 처리한 조건에서 PLK1 항체를 이용하여 면역침강법을 진행하여 IGFBP5와 PLK1이 상호작용함을 관찰한 결과이다.
B : H460 세포에 2.5 ng/ml TGF-β를 처리한 조건에서 PLK1 항체를 이용하여 면역침강법을 진행하여 IGFBP5과 PLK1이 상호작용함을 관찰한 결과이다.
C : GST가 표지된 IGFBP5를 정제하기 위하여 GST가 tagging되어 있는 pGEX-4T-1 vector에 IGFBP5를 cloning한 결과이다.
D : GST purification을 이용하여 GST가 tagging된 IGFBP5를 정제한 결과이다.
E : GST가 표지된 IGFBP5을 이용하여 활성형 PLK1(PLK1 TD)와 함께 인산화 효소 반응법을 수행한 결과이다.
도 5a 내지 도 5d는 PLK1에 의해 인산화되는 IGFBP5의 site를 찾기 위해 비인산화 점 돌연변이체를 발현시킨 결과이다.
도 5a : 액체크로마토그래피 질양분석법을 통해서 PLK1에 의한 인산화된 IGFBP5 인산화 가능 후보 부위를 확인한 결과이다.
도 5b : 인산화 효소 반응법을 수행하기 전, 부분 특이적 돌연변이 치환법을 이용하여IGFBP5의 후보 부위를 비인산화 형태인 알라닌으로 치환한 결과이다.
도 5c : 부분 특이적 돌연변이 치환법을 이용하여 IGFBP5의 인산화 후보 부위를 알라닌으로 치환한 비인산화 점 돌연변이체 단백질과 활성형 PLK1을 이용하여 인산화 효소 반응법을 수행한 결과이다.
도 5d : 인간을 포함한 고등동물에서 265번 트레오닌과 269번 세린이 보존되어 있음을 확인하였다.
도 6는 렌티바이러스를 사용하여 Tet-On 3G inducible system을 통해 RFP-IGFBP5를 발현시킨 후 EMT marker들의 발현을 관찰한 결과이다.
A : 렌티바이러스를 만들기 위해 pLVX-TRE3G-eRFP vector에 IGFBP5를 cloning한 결과이다.
B : RFP-IGFBP5 발현을 위한 system인 Tet-On 3G inducible system을 설명한 그림이다.
C : 폐암세포 A549에 IGFBP5의 265번 트레오닌의 인산화 및 비인산화 점 돌연변이체를 발현시킨 후 IGFBP5 단백질 과발현 유무와 상피마커(E-cadherin), 중간엽이행 마커(Vimentin) 변화를 면역블롯으로 관찰한 결과이다.
D : 폐암세포 A549에 IGFBP5의 269번 세린의 인산화 및 비인산화 점 돌연변이체를 발현시킨 후 IGFBP5 단백질 과발현 유무와 중간엽이행 마커(Vimentin, N-cadherin) 변화를 면역블롯으로 관찰한 결과이다.
도 7는 폐암세포 A549에서 IGFBP5의 인산화 및 비인산화 점 돌연변이체의 과발현이 암세포의 이동성과 침습성에 미치는 영향을 측정한 실험이다.
A : 폐암세포 A549에 IGFBP5 인산화 및 비인산화 점 돌연변이체를 발현시킨 후 RFP-IGFBP5 mRNA 과발현 유무와 상피마커(CDH1), 중간엽이행 마커(CDH2, VIM, SNAI1) mRNA 변화를 연쇄반응(Real-time PCR)을 통해 관찰한 결과이다.
B : IGFBP5 인산화 및 비인산화 점 돌연변이체를 발현시킨 폐암세포 A549에서 인서트(inset)를 이용한 이동성 실험(migration assay)을 통해서 세포의 이동성 양상을 관찰한 결과이다.
C : IGFBP5 인산화 및 비인산화 점 돌연변이체를 발현시킨 폐암세포 A549에서 matrigel과 인서트(inset)를 이용한 침습성 실험(invasion assay)을 통해서 세포의 침습성 양상을 관찰한 결과이다.
D : Caspase-3 assay를 이용하여 IGFBP5의 원형 또는 인산화 점 돌연변이체가 발현되는 total 암세포에서의 caspase-3 활성을 분석한 그래프이다.
도 8은 전이성 조건에서 IGFBP5 mRNA 발현 억제 물질인 IGFBP5 shRNA 처리에 의한 암세포의 전이성 억제 효과와 세포 생존에 미치는 효과를 확인한 결과이다.
A: 타겟 시퀀스에 따른 IGFBP5 shRNA의 IGFBP5 발현 억제 정도를 실시간 중합효소 연쇄반응(Real-time PCR)을 이용하여 측정한 그래프이다.
B: TGF-β 유도성 전이환경에서 IGFBP5의 shRNA 처리에 의한 단백질 수준의 상피간엽이행 마커 변화를 면역블롯법으로 관찰한 결과이다.
C: TGF-β 유도성 전이환경에서 IGFBP5의 shRNA 처리에 의한 단백질 수준의 상피간엽이행 마커 변화를 관찰한 면역블롯 데이터를 수치로 표현한 그래프이다.
D: TGF- 유도성 전이환경에서 IGFBP5의 shRNA 처리에 의한 mRNA수준의 상피간엽이행 마커 변화를 실시간 중합효소 연쇄반응(Real-time PCR)을 통해 관찰한 결과이다.
도 9는 IGFBP5의 TGF-β에 의해 유도된 전이환경에서 IGFBP5 mRNA 발현 억제 물질인 IGFBP5의 shRNA 처리에 의한 암세포의 이동성과 침습성에 대한 억제효과 및 생존율 변화를 관찰한 결과이다. 또한, IGFBP5 인산화 점 돌연변이체에 의한 암세포의 이동성과 침습성을 관찰한 결과이다.
A: TGF-β에 의해 유도된 전이환경에서 Transwell을 이용하여 IGFBP5의 shRNA 처리에 의한 세포의 이동성이 억제되는 효과를 관찰한 결과이다.
B: TGF-β에 의해 유도된 전이환경에서 Transwell 및 matrigel을 이용하여 IGFBP5의 shRNA 처리에 의한 세포의 침습성이 억제되는 효과를 관찰한 결과이다.
C: TGF-β 유도성 전이환경에서 IGFBP5의 shRNA 처리에 의한 caspase-3 활성 변화를 Caspase-3 assay를 이용하여 분석한 그래프이다.
D: IGFBP5 인산화 및 비인산화 점 돌연변이체를 발현시킨 폐암세포 A549에서 인서트(inset)를 이용한 이동성 실험을 통해서 세포의 이동성 양상을 관찰한 결과이다.
E: IGFBP5 인산화 및 비인산화 점 돌연변이체를 발현시킨 폐암세포 A549에서 matrigel과 인서트(inset)를 이용한 침습성 실험을 통해서 세포의 침습성 양상을 관찰한 결과이다.
도 10은 폐암 이외의 고형암에서 IGFBP5 mRNA 발현 억제 물질인 IGFBP5의 shRNA 처리에 의한 암세포의 생존율 변화를 관찰한 결과이다.
A: 자궁경부암 세포인 HeLa 세포와 유방암 세포인 BT-20에 IGFBP5 shRNA를 처리한 후 IGFBP5 발현 억제 정도를 실시간 중합효소 연쇄반응(Real-time PCR)을 이용하여 측정한 그래프이다.
B: HeLa 세포와 BT-20 세포에서 IGFBP5의 shRNA 처리에 의한 caspase-3 활성 변화를 Caspase-3 assay를 이용하여 분석한 그래프이다.
C: TGF-β에 의해 유도된 전이환경에서 자궁경부암 세포인 HeLa 세포에 IGFBP5 shRNA를 처리한 후 IGFBP5 발현을 실시간 중합효소 연쇄반응(Real-time PCR)을 이용하여 측정한 그래프이다.
D: HeLa 세포를 이용하여 TGF-β 유도성 전이환경에서 IGFBP5의 shRNA 처리에 의한 caspase-3 활성 변화를 Caspase-3 assay를 이용하여 분석한 그래프이다.Figures 1a and 1b show the results of analyzing the survival rate according to the expression of PLK1 and IGFBP5 in a clinical analysis targeting patients with adenocarcinoma.
Figure 1a: Results of analysis of overall survival rates according to PLK1 and IGFBP5 expression in patients with lung adenocarcinoma by stage using KM plotter.
Figure 1b: Results of analyzing the increase in PLK1 and IGFBP5 expression in patients with lung adenocarcinoma by stage using heat map analysis.
Figures 2a to 2g show the results of observing the expression level of IGFBP5 during the mesenchymal transition process induced by TGF-β.
Figure 2a: The results of immunoblotting to observe IGFBP5 expression when EMT occurred after treating A549 cells and H358 cells with 5 ng/ml TGF-β. To confirm whether EMT was well induced, the expression of epithelial marker E-cadherin and mesenchymal markers N-cadherin, Vimentin, and SNAI1 was also observed.
Figure 2b: A graph numerically expressing the immunoblot data observing IGFBP5 expression when EMT occurred after treatment with 5 ng/ml TGF-β in A549 and H358 cells.
Figure 2c: The results of observing the IGFBP5 mRNA level using real-time polymerase chain reaction (Real-time PCR) when EMT occurred after treating A549 cells and H358 cells with 5 ng/ml TGF-β.
Figure 2d: Results of analyzing the expression of IGFBP5, PLK1, and p-PLK1 in lung fibroblasts MRC5, primary lung cancer A549, and metastatic lung cancer H460, H358, and H1299 using immunoblotting.
Figure 2e: Results of analyzing the expression of IGFBP5, PLK1, and p-PLK1 in lung fibroblasts MRC5, primary lung cancer A549, and lung adenocarcinoma stage-specific cell lines (H522, H1373, H2009) using immunoblotting.
Figure 2f: The results of immunoblotting to observe IGFBP5 expression when EMT occurred after treating A549 cells and H358 cells with 5 ng/ml TGF-β. To confirm whether EMT was well induced, the expression of epithelial marker E-cadherin and mesenchymal markers N-cadherin, Vimentin, and SNAI1 was also observed.
Figure 2g: This is a graph numerically expressing the immunoblot data observing IGFBP5 expression when EMT occurred after treatment with 5 ng/ml TGF-β in A549 and H358 cells.
Figure 3 shows the results of analyzing the survival rate of solid cancer patients according to the expression of IGFBP5 in clinical data according to an embodiment of the present invention.
A: This is a graph showing the results of analyzing the survival rate according to IGFBP5 expression in patients with cervical cancer (left graph), endometrial cancer (middle graph), and breast cancer (right graph) using KM PLOTTER analysis.
B: This is a graph showing the results of analyzing the survival rate according to IGFBP5 expression in patients with cervical bladder cancer (left graph), esophageal cancer (middle graph), and ovarian cancer (right graph) using KM PLOTTER analysis.
C: This is a graph showing the results of analyzing the survival rate according to IGFBP5 expression in patients with renal cell carcinoma (left graph) and gastric cancer (middle graph) using KM PLOTTER analysis.
Figure 4 shows the results of analyzing the interaction between PLK1 and IGFBP5 and the phosphorylation and phosphorylation sites of IGFBP5 by the PLK1 activated form.
A: This is the result of observing the interaction between IGFBP5 and PLK1 by performing immunoprecipitation using PLK1 antibody under conditions of treating A549 cells with 5 ng/ml TGF-β.
B: This is the result of observing the interaction between IGFBP5 and PLK1 by performing immunoprecipitation using PLK1 antibody under conditions of treating H460 cells with 2.5 ng/ml TGF-β.
C: This is the result of cloning IGFBP5 into the pGEX-4T-1 vector tagged with GST to purify GST-labeled IGFBP5.
D: The result of purifying GST-tagged IGFBP5 using GST purification.
E: Results of performing a phosphorylation enzyme reaction with active PLK1 (PLK1 TD) using GST-labeled IGFBP5.
Figures 5a to 5d show the results of expressing non-phosphorylated point mutants to find the site of IGFBP5 phosphorylated by PLK1.
Figure 5a: Results of confirming the phosphorylation potential candidate site of IGFBP5 phosphorylated by PLK1 using liquid chromatography quantitative analysis.
Figure 5b: The result of substituting the candidate site of IGFBP5 with alanine, a non-phosphorylated form, using the partial-specific mutagenesis method before performing the phosphorylation enzyme reaction.
Figure 5c: The results of performing a phosphatase reaction using a non-phosphorylated point mutant protein in which the phosphorylation candidate site of IGFBP5 was substituted with alanine using a partial-specific mutagenesis method and active PLK1.
Figure 5d: It was confirmed that threonine at position 265 and serine at position 269 are conserved in higher animals including humans.
Figure 6 shows the results of observing the expression of EMT markers after expressing RFP-IGFBP5 via the Tet-On 3G inducible system using lentivirus.
A: This is the result of cloning IGFBP5 into the pLVX-TRE3G-eRFP vector to create lentivirus.
B: This is a diagram illustrating the Tet-On 3G inducible system, a system for RFP-IGFBP5 expression.
C: This is the result of observing the presence or absence of IGFBP5 protein overexpression and changes in epithelial marker (E-cadherin) and mesenchymal transition marker (Vimentin) by immunoblotting after expressing phosphorylated and non-phosphorylated point mutants of threonine 265 of IGFBP5 in lung cancer cell A549.
D: This is the result of observing the presence or absence of IGFBP5 protein overexpression and changes in mesenchymal transition markers (Vimentin, N-cadherin) by immunoblotting after expressing phosphorylated and non-phosphorylated point mutants of serine 269 of IGFBP5 in lung cancer cells A549.
Figure 7 is an experiment measuring the effect of overexpression of phosphorylated and non-phosphorylated point mutants of IGFBP5 on the motility and invasiveness of cancer cells in lung cancer cells A549.
A: This is the result of observing the presence or absence of RFP-IGFBP5 mRNA overexpression and changes in epithelial marker (CDH1) and mesenchymal transition marker (CDH2, VIM, SNAI1) mRNA by chain reaction (real-time PCR) after expressing IGFBP5 phosphorylated and non-phosphorylated point mutants in lung cancer cells A549.
B: This is the result of observing the cell migration pattern through a migration assay using an insert in lung cancer cell A549 expressing IGFBP5 phosphorylated and non-phosphorylated point mutants.
C: This is the result of observing the invasiveness of cells through an invasion assay using matrigel and an insert in lung cancer cells A549 expressing phosphorylated and non-phosphorylated point mutants of IGFBP5.
D: This is a graph analyzing caspase-3 activity in total cancer cells expressing the original or phosphorylated point mutants of IGFBP5 using the caspase-3 assay.
Figure 8 shows the results of confirming the effect of IGFBP5 shRNA treatment, a substance that suppresses IGFBP5 mRNA expression under metastatic conditions, on the metastatic inhibition of cancer cells and the effect on cell survival.
A: This is a graph measuring the degree of IGFBP5 expression inhibition by IGFBP5 shRNA according to the target sequence using real-time polymerase chain reaction (real-time PCR).
B: Results of immunoblotting to observe changes in epithelial-mesenchymal transition markers at the protein level by shRNA treatment of IGFBP5 in a TGF-β-induced metastatic environment.
C: This is a graph numerically expressing immunoblot data observing changes in epithelial-mesenchymal transition markers at the protein level by shRNA treatment of IGFBP5 in a TGF-β-induced metastatic environment.
D: TGF- The results were observed by observing the change in the mRNA level of epithelial-mesenchymal transition markers by shRNA treatment of IGFBP5 in an inducible metastatic environment using real-time polymerase chain reaction (real-time PCR).
Figure 9 shows the results of observing the inhibitory effect on the mobility and invasiveness of cancer cells and the change in survival rate by shRNA treatment of IGFBP5, an IGFBP5 mRNA expression inhibitor, in a metastatic environment induced by TGF-β of IGFBP5. In addition, the results of observing the mobility and invasiveness of cancer cells by IGFBP5 phosphorylation point mutants.
A: This is the result of observing the effect of suppressing cell mobility by shRNA treatment of IGFBP5 using Transwell in a metastatic environment induced by TGF-β.
B: The results of observing the effect of IGFBP5 shRNA treatment on the inhibition of cell invasiveness in a metastatic environment induced by TGF-β using Transwell and matrigel.
C: This is a graph analyzing the change in caspase-3 activity by shRNA treatment of IGFBP5 in a TGF-β-induced metastatic environment using the Caspase-3 assay.
D: The results of observing the cell mobility pattern through a mobility experiment using an insert in lung cancer cell A549 expressing IGFBP5 phosphorylated and non-phosphorylated point mutants.
E: The results of observing the invasiveness of cells through an invasiveness experiment using matrigel and an insert in lung cancer cells A549 expressing phosphorylated and non-phosphorylated point mutants of IGFBP5.
Figure 10 shows the results of observing the change in cancer cell survival rate by shRNA treatment of IGFBP5, a substance that suppresses IGFBP5 mRNA expression in solid cancers other than lung cancer.
A: This is a graph measuring the degree of IGFBP5 expression inhibition using real-time polymerase chain reaction (real-time PCR) after treating HeLa cells, a cervical cancer cell line, and BT-20 breast cancer cells with IGFBP5 shRNA.
B: This is a graph analyzing the change in caspase-3 activity by shRNA treatment of IGFBP5 in HeLa cells and BT-20 cells using the Caspase-3 assay.
C: This is a graph measuring IGFBP5 expression using real-time PCR after treating HeLa cells, a cervical cancer cell line, with IGFBP5 shRNA in a metastatic environment induced by TGF-β.
D: This is a graph analyzing the change in caspase-3 activity by shRNA treatment of IGFBP5 in a TGF-β-induced metastatic environment using HeLa cells using a Caspase-3 assay.
본 발명자들은 PLK1(Polo-like kinase 1)에 관하여 연구하던 중 PLK1에 의한 IGFBP5의 인산화가 암의 전이에 기여함을 확인하고, IGFBP5 발현을 knock down시키는 경우 암의 이동성과 침습성이 현저하게 감소함을 확인하여 본 발명을 완성하였다. The present inventors, while studying PLK1 (Polo-like kinase 1), confirmed that phosphorylation of IGFBP5 by PLK1 contributes to cancer metastasis, and confirmed that when IGFBP5 expression is knocked down, cancer mobility and invasiveness are significantly reduced, thereby completing the present invention.
또한, 본 발명자들은 PLK1에 의한 IGFBP5의 인산화 영역을 탐색하여 이에 돌연변이를 유도한 결과 암의 이동성과 침습성이 현저하게 감소함을 확인하였다.In addition, the present inventors explored the phosphorylation region of IGFBP5 by PLK1 and confirmed that inducing mutations therein resulted in a significant decrease in cancer mobility and invasiveness.
상기로부터, 본 발명자들은 IGFBP5 억제제를 유효성분으로 포함하는 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다. From the above, the present inventors provide a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer containing an IGFBP5 inhibitor as an active ingredient.
본 발명에서 "IGFBP5 억제제”는 종양 조직에서 과발현된 IGFBP5를 정상 발현 수준으로 낮추는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로 PLK1에 의해 인산화되는 IGFBP5를 정상 조직의 수준으로 낮추는 제제를 의미한다. 구체적으로 IGFBP5 억제제는 IGFBP5 mRNA의 발현 수준을 감소시키는 것일 수 있으며, 야생형 IGFBP5의 경쟁적 저해제로서 PLK1와 상호작용하되 인산화되지 않는 IGFBP5 돌연변이체일 수 있다.In the present invention, the "IGFBP5 inhibitor" may be an agent that reduces IGFBP5 overexpressed in tumor tissues to a normal expression level, and more specifically, refers to an agent that reduces IGFBP5 phosphorylated by PLK1 to a level in normal tissues. Specifically, the IGFBP5 inhibitor may be an agent that reduces the expression level of IGFBP5 mRNA, and may be an IGFBP5 mutant that interacts with PLK1 as a competitive inhibitor of wild-type IGFBP5 but is not phosphorylated.
PLK1은 다양한 암종에서 과발현되어 있음이 알려져 있으며, 암의 치료제 개발을 위한 타겟으로서 PLK1 분자에 관한 연구는 활발하게 진행되고 있다. 그러나, PLK1은 세포 주기(cell cycle) 등 다양한 신호전달계에 관여하는 인산화효소로서 PLK1의 억제는 종양의 성장 등을 억제하는 효과 이외에 다른 작용의 가능성을 배제하기 어려우며, 정상세포에서의 작용에 PLK1의 원래 기능을 수행이 원활하지 못하다는 문제가 있다.PLK1 is known to be overexpressed in various cancers, and research on the PLK1 molecule as a target for the development of cancer therapeutics is actively being conducted. However, PLK1 is a kinase involved in various signaling systems such as the cell cycle, so it is difficult to rule out the possibility that PLK1 inhibition may have other effects other than the effect of inhibiting tumor growth, and there is a problem that PLK1 does not perform its original function smoothly in normal cells.
PLK1은 IGFBP5와의 상호작용에 대한 연구내용은 전혀 보고되지 않았다.There have been no reports on PLK1's interaction with IGFBP5.
본 발명자들은 PLK1과 IGFBP5의 임상적 연관성을 검토하기 위하여 비소세포폐암 환자에서 PLK1과 IGFBP5의 발현과 환자의 생존율을 확인하고자 TCGA 데이터에 기반한 KM plotter 자료를 분석한 결과, 비소세포폐암 환자의 암 진행단계에 따라 PLK1과 IGFBP5의 발현이 증가되며 이는 환자의 생존율을 낮춘다는 임상적 유의성을 발견할 수 있었다. 또한, heat map을 통해 normal 조직 대비 tumor 조직에서 증가한 IGFBP5 발현을 갖는 환자수를 분석한 결과 stage가 높은 환자군에서 IGFBP5 발현이 높은 것을 확인할 수 있었다 (실시예 1).In order to examine the clinical correlation between PLK1 and IGFBP5, the present inventors analyzed KM plotter data based on TCGA data to confirm the expression of PLK1 and IGFBP5 and the survival rate of patients in non-small cell lung cancer patients. As a result, we were able to find clinical significance in that the expression of PLK1 and IGFBP5 increases according to the cancer progression stage of non-small cell lung cancer patients and that this lowers the survival rate of patients. In addition, as a result of analyzing the number of patients with increased IGFBP5 expression in tumor tissues compared to normal tissues using a heat map, we were able to confirm that IGFBP5 expression was high in the patient group with a high stage (Example 1).
또한 전이가 일어난 조건에서 IGFBP5에 양적 변화를 확인하고자 TGF-β가 처리된 조건에서 IGFBP5 단백질 및 mRNA의 발현을 검토한 결과 EMT 마커와 함께 IGFBP5의 발현이 증가되는 것을 관찰하였다 (실시예 2). 상기로부터, 암의 진행과 상피간엽이행에 따라서 IGFBP5의 발현이 증가됨을 알 수 있다.In addition, to confirm quantitative changes in IGFBP5 under conditions where metastasis occurred, the expression of IGFBP5 protein and mRNA was examined under conditions where TGF-β was treated, and it was observed that the expression of IGFBP5 increased together with the EMT marker (Example 2). From the above, it can be seen that the expression of IGFBP5 increases according to the progression of cancer and epithelial-mesenchymal transition.
한편, 폐암 이외의 고형암에서도 폐암에서와 동일한 IGFBP5의 발현 패턴을 나타내는지 확인한 결과, 자궁경부암, 자궁내막암, 유방암, 방광암, 식도암, 난소암, 신장암, 및 위암 환자에서 IGFBP5의 발현이 높은 경우 생존율이 낮음을 확인할 수 있었다(실시예 3).Meanwhile, as a result of confirming whether solid cancers other than lung cancer show the same expression pattern of IGFBP5 as lung cancer, it was confirmed that in patients with cervical cancer, endometrial cancer, breast cancer, bladder cancer, esophageal cancer, ovarian cancer, kidney cancer, and stomach cancer, high expression of IGFBP5 was associated with a lower survival rate (Example 3).
이어서, 본 발명자들은 PLK1이 암의 증식과 전이에 관여하는 기작에서 하위 분자를 표적으로 하고자 하였으며, 구체적으로, PLK1과 IGFBP5 간의 상호작용이 전이성 암을 유발하는 조건에서 유발되는 지 확인하기 위하여 TGF-β로 전이성 폐암을 유도한 후 면역침강법을 수행하여 PLK1과 IGFBP5의 증가된 결합을 관찰할 수 있었다 (실시예 4). Next, the inventors of the present invention aimed to target downstream molecules in the mechanism by which PLK1 is involved in cancer proliferation and metastasis. Specifically, to confirm whether the interaction between PLK1 and IGFBP5 is induced under conditions that induce metastatic cancer, they performed immunoprecipitation after inducing metastatic lung cancer with TGF-β and were able to observe increased binding of PLK1 and IGFBP5 (Example 4).
한편, IGFBP5은 IGF-I에 결합하여 IGF-I signaling을 조절한다. 본 발명자들은 정상세포에서 IGFBP5의 본래 기능은 유지하되 암의 발생과 전이 단계에서 작용만을 차단할 수 있는 방법을 강구하고자 하였다. 본 발명자들은 비소세포폐암, 특히 전이단계가 높을수록 PLK1과 IGFBP5이 과발현되어 있음을 임상결과로 관찰한 바, 암의 전이에 PLK1에 의한 IGFBP5의 인산화가 필요조건으로 가정한다면 PLK1에 의한 IGFBP5의 인산화만을 방지한다면 암의 전이를 억제할 수 있으므로, 본 발명자들은 PLK1에 의한 IGFBP5의 인산화 영역을 탐색하여 인산화 후보 영역으로서 Ser269과 Thr265을 선정하였다 (실시예 4 및 실시예 5).Meanwhile, IGFBP5 binds to IGF-I and regulates IGF-I signaling. The inventors of the present invention sought to develop a method that can block only the action at the stage of cancer occurrence and metastasis while maintaining the original function of IGFBP5 in normal cells. The inventors observed through clinical results that PLK1 and IGFBP5 were overexpressed in non-small cell lung cancer, especially in higher metastasis stages. Assuming that phosphorylation of IGFBP5 by PLK1 is a necessary condition for cancer metastasis, if only phosphorylation of IGFBP5 by PLK1 is prevented, cancer metastasis can be suppressed. Therefore, the inventors of the present invention searched for the phosphorylation region of IGFBP5 by PLK1 and selected Ser269 and Thr265 as candidate phosphorylation regions (Examples 4 and 5).
이어서, 본 발명자들은 269번 세린과 265번 트레오닌을 각각 알라닌(비인산화형) 또는 아스파르트(인산화형)으로 치환한 돌연변이체를 발현하는 렌티바이러스를 제작하고 상기 렌티바이러스를 이용하여 암세포를 형질전환(transformation)하고, 각 돌연변이체를 발현하는 암세포에서 EMT marker의 발현을 확인하였다. 그 결과, 269번 세린과 265번 트레오닌을 알라닌으로 치환된 돌연변이체를 발현하는 암세포에서 상피 마커의 발현이 증가하고 간엽마커의 발현이 감소하는 것을 확인할 수 있었는 바, PLK1에 의한 인산화 차단을 위한 타겟으로서 IGFBP5의 269번 세린과 265번 트레오닌 효과적임을 알 수 있었다 (실시예 6).Next, the inventors of the present invention produced lentiviruses expressing mutants in which serine 269 and threonine 265 were substituted with alanine (non-phosphorylated form) or aspart (phosphorylated form), and transformed cancer cells using the lentiviruses, and confirmed the expression of EMT markers in cancer cells expressing each mutant. As a result, it was confirmed that the expression of epithelial markers increased and the expression of mesenchymal markers decreased in cancer cells expressing mutants in which serine 269 and threonine 265 were substituted with alanine, indicating that serine 269 and threonine 265 of IGFBP5 are effective as targets for blocking phosphorylation by PLK1 (Example 6).
보다 구체적으로, 본 발명자들은 구체적인 실험을 통해 IGFBP5의 인산화 및 비인산화 점 돌연변이체 각 단백질이 발현되는 A549 세포에서 암세포의 전이성을 관찰하기 위하여 암세포 이동성 실험(migration assay)을 진행하였다. 연구결과 IGFBP5의 인산화 점 돌연변이체가 발현되는 실험군에서는 양성대조군인 TGF-β(5ng/ml)처리에 의한 경우보다도 더 많이 암세포의 이동성이 증가되는 것을 관찰하였다. 이와 상반되게 비인산화 점 돌연변이체 단백질을 발현하는 암세포의 이동성은 감소되었다 (실시예 7).More specifically, the inventors of the present invention conducted a cancer cell migration assay to observe the metastasis of cancer cells in A549 cells expressing phosphorylated and non-phosphorylated point mutants of IGFBP5 through specific experiments. As a result, it was observed that the cancer cell migration increased more in the experimental group expressing the phosphorylated point mutant of IGFBP5 than in the case of the positive control group treated with TGF-β (5 ng/ml). In contrast, the migration of cancer cells expressing the non-phosphorylated point mutant protein decreased (Example 7).
또한, 본 발명자들은 구체적인 실험을 통해 IGFBP5의 인산화 점 돌연변이체와 비인산화 점 돌연변이체을 이용하여 암세포에서의 침습성 촉진 및 억제 효과에 대한 실험을 진행하였다. Matrigel을 이용한 침습성 분석(invasion assay)를 이용하여 암세포의 침습성을 관찰하고자 하였다. 먼저, 침습능을 평가하기 위하여 matrigel insert에 각각의 IGFBP5의 점 돌연변이체를 발현하는 세포를 혈청이 없는 배지와 함께 분주하고 실험플레이트에 혈청이 포함된 배지를 분주하여 5일 동안 배양한다. 침습된 암세포를 crystal violet으로 염색하여 관찰하고 DMSO로 녹인 후 590nm의 파장에서 흡광도를 측정한다. 연구결과, IGFBP5의 인산화 점 돌연변이체 단백질을 발현하는 폐암세포군에서 대조군 대비 침습성이 증가됨을 관찰하였다. 특히 IGFBP5의 인산화 점 돌연변이체에서 높은 암세포의 침습성을 관찰할 수 있었다. 반면에 IGFBP5의 비인산화 점 돌연변이체 단백질을 발현하는 폐암세포군에서는 침습성이 감소됨을 관찰하였다. 따라서 폐암세포에서 IGFBP5의 인산화 점 돌연변이체에 의한 암세포에서의 침습성 촉진 효과 및 비인산화 점 돌연변이체에 의한 암세포의 침습성 억제 효과를 관찰할 수 있었다 (실시예 7).In addition, the inventors of the present invention conducted a specific experiment to investigate the effects of promoting and inhibiting the invasiveness of cancer cells using phosphorylated point mutants and non-phosphorylated point mutants of IGFBP5. The invasiveness of cancer cells was observed using an invasion assay using Matrigel. First, in order to evaluate the invasiveness, cells expressing each point mutant of IGFBP5 were dispensed into a Matrigel insert together with a medium without serum, and a medium containing serum was dispensed into an experimental plate and cultured for 5 days. The invaded cancer cells were stained with crystal violet and observed, and after dissolving in DMSO, the absorbance was measured at a wavelength of 590 nm. As a result of the study, it was observed that the lung cancer cell group expressing the phosphorylated point mutant protein of IGFBP5 had an increased invasiveness compared to the control group. In particular, high cancer cell invasiveness was observed in the phosphorylated point mutant protein of IGFBP5. On the other hand, the lung cancer cell group expressing the non-phosphorylated point mutant protein of IGFBP5 had a decreased invasiveness. Therefore, it was possible to observe the invasiveness-promoting effect of IGFBP5 phosphorylation point mutants in lung cancer cells and the invasiveness-inhibiting effect of non-phosphorylation point mutants in lung cancer cells (Example 7).
이어서, 본 발명자들은 IGFBP5의 발현 억제를 통해서 암의 전이 및 침습을 감소시킬 수 있는지 확인하고자 하였다. 이를 위해서 IGFBP5 mRNA 서열 중에서 443-463 또는 467-487 또는 674-694 위치의 뉴클레오티드 서열을 타겟으로 하는 shRNA를 설계 및 제작하여 각각의 IGFBP5 발현 억제 효능을 확인한 결과, 모든 shRNA가 IGFBP5의 발현을 억제하였으나 특히 IGFBP5 mRNA의 443-463 위치를 표적으로 하는 shRNA에서 높은 IGFBP5 발현 억제 활성을 확인할 수 있었다(실시예 8). Next, the inventors of the present invention attempted to confirm whether cancer metastasis and invasion could be reduced by suppressing the expression of IGFBP5. To this end, shRNAs targeting the nucleotide sequences at positions 443-463 or 467-487 or 674-694 in the IGFBP5 mRNA sequence were designed and produced, and the IGFBP5 expression suppression efficacy of each was confirmed. As a result, all shRNAs suppressed the expression of IGFBP5, but in particular, high IGFBP5 expression suppression activity was confirmed in the shRNA targeting positions 443-463 of IGFBP5 mRNA (Example 8).
상기 IGFBP5의 발현을 효과적으로 억제하는 shRNA를 이용하여 IGFBP5의 발현 억제가 상피간엽이행의 진행을 억제할 수 있는지 확인하였다. 그 결과, 상기 shRNA 발현 벡터를 처리한 폐암 세포에서는 TGF-β에 의한 전이 유도 환경에서도 상피간엽이행 진행이 감소함을 확인하였다(실시예 9). 또한, 상기 IGFBP5 shRNA는 전이 유도 환경에서도 암 세포의 이동성과 침습성을 현저하게 감소시킴을 확인하였다(실시예 10).Using the shRNA that effectively suppresses the expression of the above IGFBP5, it was confirmed whether suppression of the expression of IGFBP5 could suppress the progression of epithelial-mesenchymal transition. As a result, it was confirmed that the progression of epithelial-mesenchymal transition was reduced in lung cancer cells treated with the above shRNA expression vector even in a metastasis-inducing environment by TGF-β (Example 9). In addition, it was confirmed that the above IGFBP5 shRNA significantly reduced the mobility and invasiveness of cancer cells even in a metastasis-inducing environment (Example 10).
이어서, 본 발명자들은 IGFBP5의 발현이 증가되는 다른 고형암의 치료를 위하여 IGFBP5가타겟으로 이용될 수 있는지 확인하고나, 자궁경부암 세포에서 상기 shRNA를 발현하는 벡터를 처리한 결과 상기 shRNA 발현용 벡터는 암세포의 세포사멸을 촉진시킴을 확인하였으며, 이는 TGF-β에 의한 전이 유도 환경에서도 동일하게 나타남을 확인하였다(실시예 11).Next, the inventors of the present invention confirmed whether IGFBP5 can be used as a target for the treatment of other solid cancers in which the expression of IGFBP5 is increased, and when the vector expressing the shRNA was treated in cervical cancer cells, it was confirmed that the vector expressing the shRNA promoted apoptosis of cancer cells, and this was confirmed to be the same in an environment in which metastasis was induced by TGF-β (Example 11).
따라서, 본 발명은 IGFBP5 발현 억제제를 유효성분으로 포함하는 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer comprising an IGFBP5 expression inhibitor as an active ingredient.
본 발명에서 “IGFBP5 발현 억제제”는 IGFBP5 mRNA의 일부와 상보적인 염기서열을 포함하는 올리고 뉴클레오티드로서, IGFBP5 mRNA에 특이적으로 결합하는 안티센스 올리고 뉴클레오티드, 앱타머(aptamer), siRNA, shRNA, 및 miRNA로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.In the present invention, the “IGFBP5 expression inhibitor” is an oligonucleotide containing a base sequence complementary to a part of IGFBP5 mRNA, and may be at least one selected from the group consisting of antisense oligonucleotides, aptamers, siRNA, shRNA, and miRNA that specifically bind to IGFBP5 mRNA.
본 발명에서 "안티센스 올리고 뉴클레오티드"는 특성 mRNA의 서열에 상보적인 핵산 서열을 포함하고 있는 DNA, RNA 또는 이들의 유도체로서, mRNA 내의 상보적인 서열에 결합하여 mRNA의 단백질로의 번역을 저해하는 작용을 할 수 있다. 안티센스 올리고 뉴클레오티드 서열은 서열번호 1의 IGFBP5 서열에 상보적이고, 상기 서열에 결합할 수 있는 DAN 또는 RNA 서열을 의미한다. 일 예로, 서열번호 3과 4의 서열로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 서열에 상보적인 서열을 포함하거나, 이로 이루어진 것 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 안티센스 올리고 뉴클레오티드의 길이는 5 내지 100 염기, 또는 8 내지 60 염기, 또는 10 내지 40 염기, 또는 10 내지 30 염기 일 수 있다. 상기 안티센스 올리고 뉴클레오티드는 통상의 방법으로 시험관 내에서 합성되어 생체 내로 투여되거나, 생체 내에서 안티센스 올리고 뉴클레오티드가 합성는 형태로 투여될 수 있다. 시험관 내에서 안티센스 올리고 뉴클레오티드를 합성하는 방법은 본 발명의 기술분야에서 통상적인 방법에 따라 생물/화학적인 방법에 의하여 합성될 수 있다. 또한, 생체 내에서 안티센스 올리고 뉴클레오티드가 합성되도록 하는 형태는 상기 안티센스 올리고 뉴클레오티드를 발현시키는 재조합벡터 등을 이용하여 실현할 수 있고, 이러한 상법은 본 발명의 기술분야에서 통상적인 방법에 따라 용이하게 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명의 안티센스 올리고 뉴클레오티드의 디자인은 서열번호 1의 염기서열을 참조하여, 본 발명의 기술분야에서 공지된 방법에 따라 쉽게 제작할 수 있다. 일 예로, 안티센스 올리고 뉴클레오티드는 서열번호 3 또는 4의 서열로 이루어진 군에서 선택된 염기서열에 상보적인 염기서열을 포함하는 것 일 수 있다.In the present invention, the "antisense oligonucleotide" is DNA, RNA or a derivative thereof containing a nucleic acid sequence complementary to the sequence of a specific mRNA, which can bind to the complementary sequence in the mRNA and inhibit the translation of the mRNA into a protein. The antisense oligonucleotide sequence refers to a DNA or RNA sequence complementary to the IGFBP5 sequence of SEQ ID NO: 1 and capable of binding to the sequence. For example, it may contain or consist of a sequence complementary to any one sequence selected from the group consisting of the sequences of SEQ ID NOs: 3 and 4, but is not limited thereto. The length of the antisense oligonucleotide may be 5 to 100 bases, or 8 to 60 bases, or 10 to 40 bases, or 10 to 30 bases. The antisense oligonucleotide may be synthesized in vitro by a conventional method and administered in vivo, or may be administered in a form in which the antisense oligonucleotide is synthesized in vivo. The method for synthesizing an antisense oligonucleotide in a test tube can be synthesized by a biological/chemical method according to a conventional method in the technical field of the present invention. In addition, the form in which the antisense oligonucleotide is synthesized in a living body can be realized by using a recombinant vector expressing the antisense oligonucleotide, etc., and this method can be easily performed according to a conventional method in the technical field of the present invention. Therefore, the design of the antisense oligonucleotide of the present invention can be easily produced according to a method known in the technical field of the present invention with reference to the base sequence of SEQ ID NO: 1. For example, the antisense oligonucleotide may include a base sequence complementary to a base sequence selected from the group consisting of the sequences of SEQ ID NO: 3 or 4.
본 발명에서 "앱타머(aptamer)"는 단일가닥 올리고 뉴클레오티드로, 20 내지 60 뉴클레오티드 정도의 크기이며, 소정의 표적에 대한 결합 활성을 갖는 핵산 분자를 의미한다. 서열에 따라 다양한 3 차원 구조를 가지며, 항원-항체 반응처럼 특정 물질과 높은 친화력을 가질 수 있다. 앱타머는 소정의 표적에 결합함으로써, 소정의 표적의 활성을 저해할 수 있다. 본 발명의 앱타머는 RNA, DNA, 변형된(modified) 핵산 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 또한 직쇄상 또는 환상의 형태일 수 있다. 바람직하게 상기 앱타머는 IGFBP5 mRNA에 결합하여 IGFBP5의 발현 또는 활성을 저해하는 역할을 할 수 있다. 이와 같은 앱타머는 서열번호 1의 IGFBP5의 서열로부터 당업자가 공지의 방법에 의해 제조할 수 있다.In the present invention, "aptamer" is a single-stranded oligonucleotide, and is about 20 to 60 nucleotides in size, and refers to a nucleic acid molecule having binding activity to a predetermined target. It has various three-dimensional structures depending on the sequence, and can have high affinity with a specific substance like an antigen-antibody reaction. The aptamer can inhibit the activity of a predetermined target by binding to the predetermined target. The aptamer of the present invention can be RNA, DNA, a modified nucleic acid, or a mixture thereof, and can also be in a linear or cyclic form. Preferably, the aptamer can bind to IGFBP5 mRNA and play a role in inhibiting the expression or activity of IGFBP5. Such an aptamer can be prepared by a person skilled in the art from the sequence of IGFBP5 of SEQ ID NO: 1 by a known method.
본 발명에서 용어 "siRNA" 및 "shRNA"는 RNA 방해 또는 유전자 사일런싱(silencing)을 매개할 수 있는 핵산 분자로서, 표적 유전자의 발현을 억제할 수 있기 때문에 효율적인 유전자 녹다운(knockdown) 방법 또는 유전자 치료 방법으로 사용된다. shRNA는 단일 가닥의 올리고 뉴클레오티드 내에서 상보적인 서열간의 결합에 의해 헤어핀(hairpin) 구조를 형성한 것이고, 생체 내에서 상기 shRNA는 다이서(dicer)에 의해 절단되면서 8 내지 30 뉴클레오티드 크기의 작은 RNA 조각으로 이중 가닥의 올리고 뉴클레오티드인 siRNA가 되며, 상보적인 서열을 갖는 mRNA에 특이적으로 결합하여 발현을 억제할 수 있다. 따라서 shRNA 및 siRNA 중 어느 수단을 이용할지는 당업자의 선택에 의해 결정될 수 있으며 이들이 표적으로 하는 mRNA 서열이 동일한 경우라면 유사한 발현 감소 효과를 기대할 수 있다. 본 발명의 목적상 IGFBP5에 특이적으로 작용하여 IGFBP5 mRNA 분자를 절단하여 RNA 간섭(RNAi, RNA interference) 현상을 유도함으로써, 상기 IGFBP5을 억제할 수 있다. siRNA는 화학적으로 또는 효소학적으로 합성될 수 있다. siRNA의 제조방법으로는 특별히 한정되지 않으며, 당업계에 공지된 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, siRNA를 직접 화학적으로 합성하는 방법, 시험관 내(in vitro) 전사를 이용한 siRNA의 합성법, 시험관 내(in vitro) 전사에 의해 합성된 긴 이중 가닥 RNA를 효소를 이용하여 절단하는 방법, shRNA 발현 플라스미드나 바이러스성 벡터의 세포 내 전달을 통한 발현법 및 PCR(polymerase chain reaction) 유도 siRNA 발현 카세트(cassette)의 세포 내 전달을 통한 발현법 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the terms "siRNA" and "shRNA" refer to nucleic acid molecules capable of mediating RNA interference or gene silencing, and are used as an efficient gene knockdown method or gene therapy method because they can suppress the expression of target genes. shRNA forms a hairpin structure by binding between complementary sequences within a single-stranded oligonucleotide, and in vivo, the shRNA is cleaved by dicer into small RNA fragments of 8 to 30 nucleotides in size, which become siRNA, a double-stranded oligonucleotide, and can specifically bind to mRNA having a complementary sequence to suppress its expression. Therefore, which means among shRNA and siRNA to use can be determined by the choice of a person skilled in the art, and if the mRNA sequences they target are the same, a similar expression reduction effect can be expected. For the purpose of the present invention, IGFBP5 can be suppressed by specifically acting on IGFBP5, cleaving the IGFBP5 mRNA molecule, and inducing RNA interference (RNAi, RNA interference) phenomenon. siRNA can be synthesized chemically or enzymatically. The method for producing siRNA is not particularly limited, and methods known in the art can be used. For example, a method of directly chemically synthesizing siRNA, a method of synthesizing siRNA using in vitro transcription, a method of cleaving long double-stranded RNA synthesized by in vitro transcription using an enzyme, an expression method through intracellular delivery of an shRNA expression plasmid or viral vector, and an expression method through intracellular delivery of a PCR (polymerase chain reaction)-induced siRNA expression cassette, but are not limited thereto.
본 발명에서 "miRNA(micro RNA)"는 세포 내에서 자연적으로 존재하는 물질로, RNAi 현상을 유도하여 특정한 유전자의 조절에 관여하는 물질을 의미한다. 본 발명의 IGFBP5의 발현 또는 작용을 억제할 수 있는 miRNA라면 그 종류에 한정되지 않고 본 발명에 포함된다.In the present invention, "miRNA (micro RNA)" refers to a substance that naturally exists in cells and induces RNAi phenomenon and participates in the regulation of specific genes. Any miRNA capable of suppressing the expression or function of IGFBP5 of the present invention is included in the present invention without limitation to its type.
또한, 본 발명은 S269 및/또는 T265 아미노산이 치환된 IGFBP5 돌연변이체를 암의 예방 및 치료 용도에 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide an IGFBP5 mutant having S269 and/or T265 amino acids substituted for use in the prevention and treatment of cancer.
한편, PLK1은 구조적으로 인산화효소 활성을 지닌 효소활성 도메인과 기질과 결합하는 폴로박스 도메인을 포함하고 있는바, S269과 T265 위치에 아미노산이 치환된 IGFBP5 돌연변이체는 PLK1과 결합력은 그대로 유지한다. 따라서, 상기 인산화 영역 아미노산(269 및/또는 265번 아미노산)이 치환된 돌연변이체는 야생형 IGFBP5과 경쟁적으로 PLK1과 결합하게 되고, 따라서 돌연변이체 농도 의존적으로 야생형 IGFBP5의 인산화가 감소할 수 있다.Meanwhile, PLK1 structurally contains an enzyme activity domain with kinase activity and a polo box domain that binds to a substrate, and thus, an IGFBP5 mutant in which amino acids are substituted at positions S269 and T265 maintains the binding affinity to PLK1. Accordingly, a mutant in which the phosphorylation domain amino acids (amino acids 269 and/or 265) are substituted binds to PLK1 competitively with wild-type IGFBP5, and thus, phosphorylation of wild-type IGFBP5 can be reduced in a mutant concentration-dependent manner.
본 발명의 IGFBP5 돌연변이체는 S269와 T265이 PLK1에 의해 인산화될 수 없는 아미노산,구체적으로 글리신, 알라닌, 발린, 루신, 아이소루신, 프롤린, 페닐알라닌, 메티오닌 또는 트립토판으로 치환된 것일 수 있으며, 본 발명자들은 알라닌으로 치환한 돌연변이체를 이용하여 그 효과를 확인하였다.The IGFBP5 mutant of the present invention may have S269 and T265 substituted with amino acids that cannot be phosphorylated by PLK1, specifically glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, proline, phenylalanine, methionine or tryptophan, and the inventors of the present invention confirmed the effect using a mutant substituted with alanine.
본 발명의 IGFBP5 돌연변이체는 세포 내로의 효율적인 도입을 가능하게 하는 전달체 내에 포함된 형태일 수 있다. 상기 전달체는 바람직하게는 벡터이며, 바이러스 벡터 및 비-바이러스 벡터 모두 사용 가능하다. 바이러스 운반 메카니즘은 렌티바이러스(lentivirus), 레트로바이러스(retrovirus), 아데노바이러스(adenovirus), 허피스바이러스(herpes virus) 및 아비폭스바이러스(avipox virus) 등을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 비-바이러스성 운반 메카니즘은 지질 매개 트랜스펙션, 리포좀, 면역리포좀, 리포펙틴, 양이온성 표면 양친매물질 및 이의 조합물을 포함할 수 있다. 본 발명에서 IGFBP5 shRNA 및 돌연변이체 전달을 위한 바이러스 벡터(viral vector)로서 이용한 렌티바이러스는 레트로바이러스의 일종으로 핵공(nucleopore)이나 완전한 핵막으로의 능동 도입을 가능하게 하는 사전-통합 복합체(바이러스"쉘(shell)")의 친핵성으로 인해 분열 세포뿐만 아니라 미분열 세포도 감염시킬 수 있는 특징이 있다.The IGFBP5 mutant of the present invention may be contained in a vector that enables efficient introduction into a cell. The vector is preferably a vector, and both a viral vector and a non-viral vector can be used. Viral delivery mechanisms include, but are not limited to, lentivirus, retrovirus, adenovirus, herpes virus, and avipox virus. Non-viral delivery mechanisms may include lipid-mediated transfection, liposomes, immunoliposomes, lipofectin, cationic surface amphiphiles, and combinations thereof. The lentivirus used as a viral vector for delivery of IGFBP5 shRNA and mutants in the present invention is a type of retrovirus and has the characteristic of being able to infect not only dividing cells but also undivided cells due to the nucleophilicity of a pre-integration complex (virus "shell") that enables active introduction into a nucleopore or a complete nuclear membrane.
이에, 본 발명은 상기 IGFBP5 돌연변이를 암호화한 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공하며, 상기 벡터는 바이러스 벡터로 제공되어 유전자 치료 기반의 항암제로 이용될 수 있다.Accordingly, the present invention provides a recombinant vector including a gene encoding the IGFBP5 mutation, and the vector is provided as a viral vector and can be used as an anticancer agent based on gene therapy.
본 발명에서 돌연변이체는 IGFBP5 단백질을 구성하는 하나 이상의 아미노산이 치환(substitution)된 것을 의미하고, 다른 말이 없다면, 본 명세서에서 암 세포의 이동성 및 침습성을 감소시키고 암세포의 세포사멸을 촉진시켜 항암 효과를 갖는 돌연변이체는 IGFBP5의 S269 및/또는 T265 아미노산이 치환된 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 '항암'은 암세포의 증식을 억제하거나 사멸하는 작용 및 암세포의 전이를 억제하거나 차단하는 작용을 의미하는 것으로, 암의 예방 및 치료 모두를 의미하고 이와 혼용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 '예방'은 조성물의 투여로 암 형성을 억제시키거나 발병을 지연시키는 모든 행위를 의미하는 것이며, '치료'란 조성물의 투여로 상기 질환의 증세가 호전되거나 이롭게 변경되는 모든 행위를 의미하는 것이다.In the present invention, a mutant means one or more amino acids constituting the IGFBP5 protein are substituted, and unless otherwise stated, a mutant having an anticancer effect by reducing the mobility and invasiveness of cancer cells and promoting apoptosis of cancer cells in the present specification means one in which the S269 and/or T265 amino acids of IGFBP5 are substituted. The term 'anticancer' used herein means an action of inhibiting the proliferation of cancer cells or killing them and an action of inhibiting or blocking the metastasis of cancer cells, and may refer to both prevention and treatment of cancer and may be used interchangeably therewith. The term 'prevention' used herein means any act of inhibiting the formation of cancer or delaying the onset of cancer by administering a composition, and 'treatment' means any act of improving or beneficially changing the symptoms of the disease by administering a composition.
본 발명의 항암제는 상술한 IGFBP5 발현 억제제와 IGFBP5 돌연변이체 이외에 IGFBP5의 인산화를 억제하거나 이의 발현을 감소시키는 것으로 알려진 여타의 물질, 예를 들어 화합물, 천연물, 신규 단백질 등을 추가로 포함할 수 있다.In addition to the IGFBP5 expression inhibitor and IGFBP5 mutant described above, the anticancer agent of the present invention may additionally include other substances known to inhibit phosphorylation of IGFBP5 or reduce its expression, such as compounds, natural products, novel proteins, etc.
본 발명의 항암제는 특히, IGFBP5의 발현이 과다한 다양한 결장암, 자궁경부암, 자궁내막암, 방광암, 식도암, 신장암, 위암, 난소암, 유방암 및 췌장암 등의 각종 고형암 등의 예방 및 치료에 이용될 수 있으며, 또한 일차암에서 전이되어 유발된 전이성 고형암의 예방 및 치료에도 이용될 수 있으며, 전이암의 예방을 위하여 이용될 수 있다.The anticancer agent of the present invention can be used, in particular, for the prevention and treatment of various solid cancers, such as colon cancer, cervical cancer, endometrial cancer, bladder cancer, esophageal cancer, kidney cancer, stomach cancer, ovarian cancer, breast cancer, and pancreatic cancer, in which the expression of IGFBP5 is excessive, and can also be used for the prevention and treatment of metastatic solid cancers caused by metastasis from primary cancer, and can be used for the prevention of metastatic cancer.
본 발명의 약학적 조성물은 통상적으로 사용되는 부형제, 붕해제, 감미제, 활택제 또는 향미제 등을 포함할 수 있으며, 통상적인 방법에 의해 정제, 캡슐제, 산제, 과립제, 현탁제, 유제, 시럽제 및 기타 액제로 제제화될 있다. 구체적으로, 본 발명의 세포사멸 활성화제는 경구 투여를 위해서, 예를 들면 알약(troches), 정제(lozenge), 수용성 또는 유성 현탁액, 조제분말 또는 과립, 에멀젼, 하드 또는 소프트 캡슐, 시럽 또는 엘릭시르제 (elixirs)로 제제화될 수 있다. 이때, 정제 및 캡슐로 제제화하기 위해서는 락토오스, 사카로오스, 솔비톨, 만니톨, 전분, 아밀로펙틴, 셀룰로오스 또는 젤라틴과 같은 결합제; 디칼슘 포스페이트와 같은 부형제; 옥수수 전분 또는 고구마 전분과 같은 붕해제; 스테아르산 마그네슘, 스테아르산 칼슘, 스테아릴푸마르산 나트륨 또는 폴리에틸렌글리콜 왁스와 같은 윤활유를 첨가할 수 있다. 또한, 캡슐제로 제제화할 경우, 상기에서 언급된 물질 이외에도 약제학적으로 허용가능한 담체를 1종 이상 포함하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 약제학적으로 허용 가능한 담체로는 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 덱스트로즈 용액, 말토 덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올, 리포좀 및 이들 성분 중 하나의 성분 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 필요에 따라 항산화제, 완충액 및 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가할 수 있다. 또한, 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제 및 윤활제를 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액 및 유탁액 등과 같은 주사용 제형으로 제제화할 수 있으며, 표적 세포에 특이적으로 작용할 수 있도록 표적 세포에 특이적인 항체 또는 기타 리간드를 상기의 담체와 함께 결합시켜 사용할 수 있다. 덧붙여, 당해 기술분야의 적정한 방법 또는 레밍턴의 문헌(Remington's Pharmaceutical Science, Mack Publishing Company, Easton PA)에 게재되어 있는 방법 등을 이용하여 각 질환 또는 성분에 따라 바람직하게 제제화할 수 있다.The pharmaceutical composition of the present invention may contain commonly used excipients, disintegrants, sweeteners, lubricants or flavoring agents, and may be formulated into tablets, capsules, powders, granules, suspensions, emulsions, syrups and other liquids by conventional methods. Specifically, the cell death activator of the present invention may be formulated into, for example, troches, lozenges, aqueous or oily suspensions, prepared powders or granules, emulsions, hard or soft capsules, syrups or elixirs for oral administration. At this time, in order to be formulated into tablets and capsules, a binder such as lactose, saccharose, sorbitol, mannitol, starch, amylopectin, cellulose or gelatin; an excipient such as dicalcium phosphate; a disintegrant such as corn starch or sweet potato starch; Lubricants such as magnesium stearate, calcium stearate, sodium stearyl fumarate, or polyethylene glycol wax may be added. In addition, when formulated as a capsule, it may be manufactured by including one or more pharmaceutically acceptable carriers in addition to the substances mentioned above. For example, pharmaceutically acceptable carriers include saline solution, sterile water, Ringer's solution, buffered saline, dextrose solution, maltodextrin solution, glycerol, ethanol, liposomes, and a mixture of one or more of these components, and other conventional additives such as antioxidants, buffers, and bacteriostatic agents may be added as necessary. In addition, diluents, dispersants, surfactants, binders, and lubricants may be additionally added to formulate the composition as an injectable formulation such as an aqueous solution, suspension, and emulsion, and an antibody or other ligand specific for a target cell may be combined with the above carrier so as to act specifically on the target cell. In addition, the composition can be preferably formulated for each disease or ingredient using an appropriate method in the relevant technical field or a method published in Remington's literature (Remington's Pharmaceutical Science, Mack Publishing Company, Easton PA).
본 발명의 조성물은 비경구로 투여할 수 있으며, 비경구로 투여할 경우, 정맥주사, 근육내 주사 또는 흉부내 주사 주입방식에 의해 투여하는 것이 바람직하다. 비경구 투여용으로 제제화하기 위해서는 상기 세포사멸 촉진 항암제를 안정제 또는 완충제와 함께 물에 혼합하여 용액 또는 현탁액으로 제조할 수 있고, 이를 앰플 또는 바이알의 단위 투여형으로 제제화할 수 있다.The composition of the present invention can be administered parenterally, and when administered parenterally, it is preferably administered by intravenous injection, intramuscular injection, or intrathoracic injection. In order to formulate for parenteral administration, the apoptosis-promoting anticancer agent can be mixed with a stabilizer or buffer in water to prepare a solution or suspension, and this can be formulated into a unit dosage form of an ampoule or vial.
투여량은 체내에서 활성성분의 흡수도, 불활성화율 및 배설속도, 환자의 연령, 성별 및 상태, 치료할 질병의 중증 정도에 따라 선택하는 것이 바람직하며, 본 발명의 암세포사멸 촉진 항암제는 성인의 체중 1㎏ 당 1 내지 100 ㎎, 바람직하게는 1 내지 10 ㎎의 투여양으로 매일 1회 내지 수회로 나누어 투여할 수 있다. It is preferable to select the dosage according to the absorption rate, inactivation rate and excretion rate of the active ingredient in the body, the age, sex and condition of the patient, and the severity of the disease to be treated. The anticancer agent promoting cancer cell death of the present invention may be administered once or several times daily in an amount of 1 to 100 mg, preferably 1 to 10 mg per 1 kg of body weight of an adult.
본 발명에서는 아미노산 서열을 IUPAC-IUB 명명법에 따라 아래와 같이 약어를 혼용하여 기재하였다.In the present invention, the amino acid sequence is described using the following abbreviations according to the IUPAC-IUB nomenclature.
아르기닌(Arg, R), 라이신(Lys, K), 히스티딘(His, H), 세린(Ser, S), 트레오닌(Thr, T), 글루타민(Gln, Q), 아스파라진(Asp, N), 메티오닌(Met, M), 루신(Leu, L), 이소루신(Ile, I), 발린(Val, V), 페닐알라닌(Phe, F), 트립토판(Trp, W), 티로신(Tyr, Y), 알라닌(Ala, A), 글리신(Gly, G), 프롤린(Pro, P), 시스테인(Cys, C), 아스파르트산(Asp, D) 글루탐산(Glu, E), 노르루신(Nle)Arginine (Arg, R), lysine (Lys, K), histidine (His, H), serine (Ser, S), threonine (Thr, T), glutamine (Gln, Q), asparagine (Asp, N), methionine (Met, M), leucine (Leu, L), isoleucine (Ile, I), valine (Val, V), phenylalanine (Phe, F), tryptophan (Trp, W), tyrosine (Tyr, Y), alanine (Ala, A), glycine (Gly, G), proline (Pro, P), cysteine (Cys, C), aspartic acid (Asp, D) glutamic acid (Glu, E), norleucine (Nle)
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The present invention can be modified in various ways and has various embodiments, and thus specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description below. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood that all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention are included. In describing the present invention, if it is determined that a specific description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are only intended to illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.
[실시예][Example]
<실시예 1> 임상 데이터를 통한 선암종에서 PLK1과 IGFBP5 발현 수준과 생존율과의 상관관계 확인<Example 1> Confirmation of the correlation between PLK1 and IGFBP5 expression levels and survival rate in adenocarcinoma through clinical data
선암종 환자를 대상으로 한 임상분석에서 PLK1과 IGFBP5 발현에 따른 생존율을 분석하였다 (도 1a). 단계가 높은 선암종 환자일수록 PLK1과 IGFBP5 발현이 높은 환자와 낮은 환자간의 생존율 차이가 크게 나타났다. Heat map 분석을 통해 normal 조직 대비 tumor 조직에서 증가한 IGFBP5 발현을 갖는 환자수를 분석하였다 (도 1b). Stage가 높은 환자군에서 IGFBP5와 PLK1의 발현이 높은 것을 확인했다. 상기 결과로부터 두 인자 모두 전이와 상관성이 있는 것을 알 수 있다.In a clinical analysis targeting patients with adenocarcinoma, survival rates were analyzed according to PLK1 and IGFBP5 expression (Fig. 1a). The higher the stage of adenocarcinoma, the greater the difference in survival rates between patients with high and low expression of PLK1 and IGFBP5. The number of patients with increased IGFBP5 expression in tumor tissue compared to normal tissue was analyzed through heat map analysis (Fig. 1b). It was confirmed that the expression of IGFBP5 and PLK1 was high in the patient group with high stage. From the above results, it can be seen that both factors are correlated with metastasis.
<실시예 2> NSCLC 세포에서 IGFBP5 발현 확인 및 TGF-β 처리에 의해 유도된 EMT 조건에서 IGFBP5 발현 수준 확인<Example 2> Confirmation of IGFBP5 expression in NSCLC cells and confirmation of IGFBP5 expression level under EMT conditions induced by TGF-β treatment
TGF-β처리하여 암전이를 유도한 폐암세포주 A549와 H358에서 면역블롯법을 통하여 IGFPB5 발현이 증가하는 것을 관찰하였다 (도 2a-도 2b). TGF-β를 처리하였을 때 IGFBP5의 발현이 증가하는 것을 확인하였다. Real-time PCR을 수행하여 TGF-β 처리하여 암전이를 유도한 폐암세포주 A549와 H358에서 IGFBP5와 EMT marker들의 mRNA level을 확인하였다 (도 2c). mRNA 변화는 단백질 변화와 유사한 패턴을 보였다. 상기 결과로부터 TGF-β 처리로 유도된 상피간엽이행 동안 IGFBP5의 발현 수준이 증가함을 알 수 있다.We observed an increase in IGFPB5 expression in lung cancer cell lines A549 and H358 that were treated with TGF-β to induce metastasis through immunoblotting (Fig. 2a-Fig. 2b). We confirmed that the expression of IGFBP5 increased when treated with TGF-β. We performed real-time PCR to confirm the mRNA levels of IGFBP5 and EMT markers in lung cancer cell lines A549 and H358 that were treated with TGF-β to induce metastasis (Fig. 2c). The mRNA changes showed a similar pattern to the protein changes. From the above results, it can be seen that the expression level of IGFBP5 increases during the epithelial-mesenchymal transition induced by TGF-β treatment.
이어서, 비소세포폐암 세포에서 면역블롯을 통해 IGFBP5와 PLK1, p-PLK1의 발현을 관찰하였다. 정상 섬유아세포 MRC5와 원발성 폐암 세포인 A549, 전이성 폐암 세포 H460, H358, H1299에서 발현을 관찰한 결과, MRC5와 비교하여 비소세포폐암 세포에서 IGFBP5와 PLK1, p-PLK1의 발현이 높은 것을 확인하였다(도 2d). 정상 섬유아세포, 원발성 폐선암 세포 A549, stage 2 폐선암 세포 H522, stage 3A 폐선암 세포 H1373, stage 4 폐선암 세포 H2009에서 IGFBP5, PLK1, p-PLK1의 발현을 관찰하였다. 면역블롯을 통해 관찰한 결과, A549, H1373에서 IGFBP5 발현이 가장 높았으며, IGFBP5의 발현이 높을 때 PLK1, p-PLK1의 발현 또한 높은 것을 확인하였다(도 2e). A549, H358에 TGF-β를 처리하여 EMT를 유도한 후 IGFBP5의 발현을 관찰하였다. EMT가 잘 유도되었는지 확인하기 위하여 EMT marker들의 발현도 같이 확인하였다. EMT가 잘 유도된 것을 확인 후 IGFBP5 발현을 확인하였고 EMT가 일어날 때 발현이 증가하는 것을 확인하였다(도 2f). 면역블롯 데이터를 수치로 표현하여 그래프로 나타내었다(도 2g).Next, the expression of IGFBP5, PLK1, and p-PLK1 was observed in non-small cell lung cancer cells by immunoblotting. The expression was observed in normal fibroblasts MRC5, primary lung cancer cells A549, and metastatic lung cancer cells H460, H358, and H1299, and it was confirmed that the expression of IGFBP5, PLK1, and p-PLK1 was higher in non-small cell lung cancer cells compared to MRC5 (Fig. 2d). The expression of IGFBP5, PLK1, and p-PLK1 was observed in normal fibroblasts, primary lung adenocarcinoma cells A549, stage 2 lung adenocarcinoma cells H522, stage 3A lung adenocarcinoma cells H1373, and stage 4 lung adenocarcinoma cells H2009. As a result of observation through immunoblot, IGFBP5 expression was the highest in A549 and H1373, and it was confirmed that when the expression of IGFBP5 was high, the expression of PLK1 and p-PLK1 was also high (Fig. 2e). After treating A549 and H358 with TGF-β to induce EMT, the expression of IGFBP5 was observed. In order to confirm whether EMT was well induced, the expression of EMT markers was also confirmed. After confirming that EMT was well induced, IGFBP5 expression was confirmed and it was confirmed that expression increased when EMT occurred (Fig. 2f). The immunoblot data were expressed numerically and presented as a graph (Fig. 2g).
<실시예 3> 폐암 이외의 고형암 환자에서 IGFBP5의 발현 수준과 생존율과의 상관관계 확인<Example 3> Confirmation of the correlation between the expression level of IGFBP5 and survival rate in patients with solid tumors other than lung cancer
폐암 외의 다른 고형암 환자에서 IGFBP5의 임상적 연관성을 확인하기 위해서 IGFBP5의 발현량에 따른 환자의 전체 생존율을 빅데이터 분석을 통해서 확인하였다(도 3). 자궁경부암, 자궁내막암 그리고 유방암에서 IGFBP5 발현이 높은 환자의 생존율은 IGFBP5 발현이 낮은 환자의 생존율에 비해 현저히 낮은 것을 확인할 수 있었다 (도 3에 A). 또한, 방광암, 식도암 그리고 난소암 환자의 생존율을 분석하였을 때 IGFBP5 발현이 높을 때 환자의 생존율이 낮은 것을 확인하였다 (도 3에 B). 신장암과 위암 환자의 생존율을 분석하였을 때 다른 고형암과 비슷한 경향을 보이는 것을 확인하였다 (도 3에 C).In order to confirm the clinical relevance of IGFBP5 in patients with solid cancers other than lung cancer, the overall survival rate of patients according to the expression level of IGFBP5 was confirmed through big data analysis (Fig. 3). It was confirmed that the survival rate of patients with high IGFBP5 expression in cervical cancer, endometrial cancer, and breast cancer was significantly lower than that of patients with low IGFBP5 expression (Fig. 3, A). In addition, when the survival rate of patients with bladder cancer, esophageal cancer, and ovarian cancer was analyzed, it was confirmed that the survival rate of patients was lower when IGFBP5 expression was high (Fig. 3, B). When the survival rate of patients with renal cancer and stomach cancer was analyzed, it was confirmed that it showed a similar trend to other solid cancers (Fig. 3, C).
<실시예 4> TGF-β에 의해 유도한 전이성 폐암세포에서 활성형 PLK1에 의한 IGFBP5의 인산화 확인<Example 4> Confirmation of phosphorylation of IGFBP5 by activated PLK1 in metastatic lung cancer cells induced by TGF-β
TGF-β처리에 의해서 유도된 상피간엽이행 조건에서 PLK1과 IGFBP5의 상호작용을 탐구하기 위하여 면역침강법을 수행하였다. Agarose beads와 PLK1 항체로 PLK1 단백질을 침강하였으며 면역블롯법을 통해서 분석하였다. A549 세포에서는 TGF-β에 의해 암전이를 유도한 실험군에서만 IGFBP5가 PLK1과 결합하였다. H460 세포에서 IGFBP5는 대조군에서도 PLK1과 결합하였고, TGF-β에 의해 암전이를 유도한 실험군에서는 PLK1과 IGFBP5의 결합이 증가되었다 (도 4에 A-B). 상기 결과는 전이 과정에 암세포에서 PLK1과 IGFBP5의 상호작용이 보다 활발함을 시사한다. To investigate the interaction between PLK1 and IGFBP5 under the conditions of epithelial-mesenchymal transition induced by TGF-β treatment, immunoprecipitation was performed. PLK1 protein was precipitated with agarose beads and PLK1 antibody, and analyzed by immunoblotting. In A549 cells, IGFBP5 bound to PLK1 only in the experimental group in which cancer metastasis was induced by TGF-β. In H460 cells, IGFBP5 bound to PLK1 in the control group as well, and the binding of PLK1 and IGFBP5 increased in the experimental group in which cancer metastasis was induced by TGF-β (Fig. 4, A-B). The above results suggest that the interaction between PLK1 and IGFBP5 is more active in cancer cells during the metastatic process.
다음으로 두 단백질의 상호작용 방법을 분석하기 위하여 인산화효소 반응법을 수행하였다. 인산화효소 반응법을 수행하기 위해 GST가 tagging된 IGFBP5를 얻기 위해 pGEX-4T-1 vector에 IGFBP5를 cloning 하였다 (도 4에 C). GST-purification을 통해 GST-IGFBP5를 정제하였다 (도 4에 D). 세린/트레오닌 인산화효소인 PLK1이 IGFBP5을 기질로서 인산화 시키는지 증명하는 방법으로 정제된 IGFBP5 원형(wild)과 활성형 PLK1-T210D을 방사선이 표지된 γ-32P-ATP을 함께 처리하여 반응시키고 분석하였다. IGFBP5은 양성대조군인 TCTP보다 더 강하게 활성형 PLK1-TD에 의해 인산화 되었다 (도 4에 E).Next, kinase assay was performed to analyze the interaction method between the two proteins. To perform kinase assay, IGFBP5 was cloned into pGEX-4T-1 vector to obtain GST-tagged IGFBP5 (Fig. 4C). GST-IGFBP5 was purified through GST purification (Fig. 4D). To verify that PLK1, a serine/threonine kinase, phosphorylates IGFBP5 as a substrate, purified IGFBP5 wild and active PLK1-T210D were reacted with radiolabeled γ- 32 P-ATP and analyzed. IGFBP5 was phosphorylated more strongly by active PLK1-TD than by TCTP, a positive control (Fig. 4E).
<실시예 5> PLK1에 의하여 인산화되는 IGFBP5의 잔기 확인 <Example 5> Identification of residues of IGFBP5 phosphorylated by PLK1
PLK1에 의하여 인산화되는 IGFBP5의 잔기를 확인하기 위하여 액체크로마토그래피 질량분석을 수행하였다. 본 분석법으로 IGFBP5의 Ser-179, Thr-265, Ser-269가 PLK1에 의해 인산화되는 부분으로 예측되었다 (도 5a). 예측된 IGFBP5의 인산화 부분 3곳과 IGFBP5 단백질 서열을 분석하여 PLK1 인산화 motif와 유사한 부분 3곳을 부분 특이적 돌연변이 치환법을 이용하여 알라닌으로 치환된 비인산화 돌연변이체로 제작하였다 (도 5b). Liquid chromatography mass spectrometry was performed to identify the residues of IGFBP5 phosphorylated by PLK1. Using this analysis method, Ser-179, Thr-265, and Ser-269 of IGFBP5 were predicted to be phosphorylated by PLK1 (Fig. 5a). By analyzing the three predicted phosphorylation sites of IGFBP5 and the IGFBP5 protein sequence, three sites similar to the PLK1 phosphorylation motif were substituted with alanine using the site-specific mutagenesis method to produce non-phosphorylated mutants (Fig. 5b).
상기 제작된 돌연변이체를 GST가 표지된 단백질로 생산하였고 정제하여 인산화효소 반응법을 진행하였다. IGFBP5의 인산화 예측 부위 3가지 중에서 Thr-265과 Ser-269의 알라닌 돌연변이가 원형과 비교했을 때 인산화 정도가 두드러지게 감소하였다 (도 5c). 상기 결과로부터 PLK1이 IGFBP5 Thr265과 Ser269의 인산화반응을 통하여 상호작용한다는 것을 알 수 있었다. 여러 종에서 IGFBP5의 Thr265와 Ser269을 확인한 결과, 인간을 포함한 고등동물에서 IGFBP5의 Thr265와 Ser269이 보존되어 있는 것을 확인하였다 (도 5d).The above-mentioned mutants were produced as GST-labeled proteins, purified, and subjected to kinase assay. Among the three predicted phosphorylation sites of IGFBP5, the phosphorylation levels of alanine mutations at Thr-265 and Ser-269 were significantly reduced compared to the original (Fig. 5c). From the results above, it was found that PLK1 interacts through the phosphorylation reaction of IGFBP5 Thr265 and Ser269. As a result of confirming Thr265 and Ser269 of IGFBP5 in various species, it was confirmed that Thr265 and Ser269 of IGFBP5 are conserved in higher animals including humans (Fig. 5d).
<실시예 6> IGFBP5의 인산화 및 비인산화 점 돌연변이형 발현을 위한 렌티바이러스 시스템 구축. 렌티바이러스를 이용한 IGFBP5의 인산화 및 비인산화 점 돌연변이체 유전자 발현 세포 선별 후 상피간엽이행 효과 평가<Example 6> Establishment of a lentiviral system for the expression of phosphorylated and nonphosphorylated point mutants of IGFBP5. Evaluation of the epithelial-mesenchymal transition effect after selection of cells expressing phosphorylated and nonphosphorylated point mutant genes of IGFBP5 using lentivirus
본 발명자들은 IGFBP5의 인산화 및 비인산화 유전자 발현을 위한 lentivirus system 구축을 위하여 pLVX-TRE3G-eRFP 에, Not1과 EcoR1으로 cutting후, IGFBP5 원형(WT) 플라스미드를 5' - ATAAGAATGCGGCCGCATGGTGTTGCTCACC -3'(forward primer, 서열번호 9)와 5' - CGGAATTCTCACTCAACGTTGCTGCTGTC -3'(reverse primer, 서열번호 10)의 프라이머를 이용하여 PCR로 증폭시킨 후 이를 Not1과 EcoR1으로 절단(cutting) 후, 벡터 pLVX-TRE3G-eRFP에 서브클로닝 하였다 (도 6에 A). 렌티 바이러스 시스템을 구축하기 위해서 pCMV-VSV.G와 pCMV-Δ8.2, pLVX-TRE3G-eRFP-Target 또는 pLVX-Tet3G DNA를 HEK293 cells에서 발현시키고자 transfection 하여 렌티 바이러스를 발현시켜 바이러스를 모은 후 이를 암세포에 사용하고자 하였다. Transfection 후 바이러스 배양액은 12시간 간격으로 72시간까지 모았으며, 0.2 μm 필터로 배양액을 필터하고 17000 rpm, 4℃, 90분 동안 원심분리하였다. 상등액은 버리고 TNE Buffer로 모아진 바이러스를 모은 후 4℃에 보관하여 다음날부터 암세포 감염에 사용하였다. To construct a lentivirus system for phosphorylated and non-phosphorylated gene expression of IGFBP5, the inventors of the present invention amplified the IGFBP5 circular (WT) plasmid by PCR using primers 5'- ATAAGAATGCGGCCGCATGGTGTTGCTCACC -3' (forward primer, SEQ ID NO: 9) and 5'- CGGAATTCTCACTCAACGTTGCTGCTGTC -3' (reverse primer, SEQ ID NO: 10) after cutting it with Not1 and EcoR1, and subcloned it into the vector pLVX-TRE3G-eRFP (Fig. 6A). To construct a lentivirus system, pCMV-VSV.G and pCMV-Δ8.2, pLVX-TRE3G-eRFP-Target or pLVX-Tet3G DNA were transfected into HEK293 cells to express the lentivirus, and the viruses were harvested and used in cancer cells. After transfection, the virus culture was harvested at 12-hour intervals for up to 72 hours, filtered through a 0.2 μm filter, and centrifuged at 17,000 rpm, 4°C, for 90 minutes. The supernatant was discarded, and the viruses harvested in TNE Buffer were harvested, stored at 4°C, and used for cancer cell infection from the next day.
A549에서 RFP-IGFBP5 단백질은 렌티 바이러스를 사용하여 Tet-On 3G inducible system을 통해 발현되었다 (도 6에 B). 점 돌연변이를 포함하는 IGFBP5 단백질의 암세포 상피간엽이행 조절효과를 검토하기 위하여, 폐암세포에 IGFBP5의 인산화 및 비인산화 점 돌연변이체가 발현시키는 렌티바이러스를 감염시키고자 다음과 같이 암세포를 배양하였다. In A549, RFP-IGFBP5 protein was expressed via the Tet-On 3G inducible system using lentivirus (Fig. 6B). To examine the effect of IGFBP5 protein containing point mutations on regulating epithelial-mesenchymal transition in cancer cells, cancer cells were cultured as follows to infect lung cancer cells with lentiviruses expressing phosphorylated and non-phosphorylated point mutants of IGFBP5.
폐암 세포인 A549에 IGFBP5의 원형 및 인산화와 비인산화 점 돌연변이체를 발현시키는 안정화된 세포주를 구축하기 위해서 먼저 pLVX-Tet3G 발현성 렌티바이러스를 감염시키고 G418을 5일 동안 처리하여 감염된 세포를 선별하였다. 이렇게 선별된 A549Tet3G 세포에 IGFBP5의 원형 및 인산화 점 돌연변이체(T265D, S269D)와 비인산화 점 돌연변이체(T265A, S269A)을 발현시키는 렌티바이러스를 감염시킨 후 퓨로마이신(puromycin)을 48시간 동안 처리하여 안정화된 세포주를 구축하였다. 구체적으로 폐암세포 A549를 5 x 104 개의 세포를 분주 후 다음날 2ug pCMV-VSV.G, 4ug pCMV-Δ8.2, 4ug pLVX-TRE3G-eRFP-IGFBP5을 transfection 하여 IGFBP5 과발현 세포를 구축하였다. 구축된 세포에 2ug/ml 독시사이클린 (doxycycline)을 처리하여 IGFBP5의 원형 및 인산화와 비인산화 점 돌연변이체의 발현을 유도 후 각각의 IGFBP5의 점 돌연변이체가 잘 발현되었는지 mRNA 발현량과 단백질 발현량을 확인하였다. 비교를 위해 대조군(Mock; 목적유전자가 발현되지 않는 렌티바이러스 처리군), IGFBP5 단백질 발현되는 A549 폐암세포주 투여군(WT), 인산화 점 돌연변이체 IGFBP5 단백질 발현되는 A549 폐암세포주 투여군(T265D, S269D), 비인산화 점 돌연변이체 IGFBP5 단백질 발현되는 A549 폐암세포주 투여군(T265A, S269A)에 대해서 EMT marker 변화를 관찰하였다. 도 6에 C-D, 도 7에 A에서와 같이, IGFBP5의 원형 및 각각의 점 돌연변이형이 잘 발현되고 있는 것을 mRNA 발현량과 단백질 발현량을 통해서 확인하였다. 면역블롯을 통해 인산화 점 돌연변이체의 IGFBP5이 발현되는 폐암세포와 비인산화 점 돌연변이체 IGFBP5를 발현하고 있는 세포에서 EMT marker의 발현을 확인하였다. IGFBP5의 Thr265 인산화 점 돌연변이체의 IGFBP5이 발현되는 폐암세포에서 비인산화 점 돌연변이체 IGFBP5를 발현하고 있는 세포에 비해 E-cadherin의 발현이 감소하였고 Vimentin의 발현이 증가하였다 (도 6에 C). IGFBP5의 Ser269 인산화 점 돌연변이체의 IGFBP5이 발현되는 폐암세포에서 비인산화 점 돌연변이체 IGFBP5를 발현하고 있는 세포보다 Vimentin, N-cadherin의 발현이 높은 것을 관찰하였다 (도 6에 D). To establish a stabilized cell line expressing the intact and phosphorylated and non-phosphorylated point mutants of IGFBP5 in lung cancer cell line A549, we first infected the pLVX-Tet3G expressing lentivirus and selected the infected cells by treating them with G418 for 5 days. The selected A549Tet3G cells were infected with lentiviruses expressing the intact and phosphorylated point mutants (T265D, S269D) and non-phosphorylated point mutants (T265A, S269A) of IGFBP5, and then treated with puromycin for 48 hours to establish a stabilized cell line. Specifically, 5 x 10 4 lung cancer cells A549 were seeded, and 2 ug pCMV-VSV.G, 4 ug pCMV-Δ8.2, and 4 ug pLVX-TRE3G-eRFP-IGFBP5 were transfected the next day to establish IGFBP5-overexpressing cells. The established cells were treated with 2 ug/ml doxycycline to induce expression of the original and phosphorylated and non-phosphorylated point mutants of IGFBP5, and the mRNA and protein expression levels of each IGFBP5 point mutant were confirmed to be well expressed. For comparison, the EMT marker changes were observed for the control group (Mock; lentivirus-treated group in which the target gene is not expressed), the A549 lung cancer cell line administration group expressing IGFBP5 protein (WT), the A549 lung cancer cell line administration group expressing phosphorylated point mutant IGFBP5 protein (T265D, S269D), and the A549 lung cancer cell line administration group expressing non-phosphorylated point mutant IGFBP5 protein (T265A, S269A). As shown in Fig. 6 (CD) and Fig. 7 (A), it was confirmed through the mRNA expression levels and protein expression levels that the original and each point mutant form of IGFBP5 were well expressed. The expression of EMT markers was confirmed in lung cancer cells expressing phosphorylated point mutant IGFBP5 and cells expressing non-phosphorylated point mutant IGFBP5 through immunoblotting. In lung cancer cells expressing IGFBP5 of the Thr265 phosphorylation point mutant of IGFBP5, the expression of E-cadherin was decreased and the expression of Vimentin was increased compared to cells expressing the non-phosphorylated point mutant IGFBP5 (Fig. 6C). In lung cancer cells expressing IGFBP5 of the Ser269 phosphorylation point mutant of IGFBP5, the expression of Vimentin and N-cadherin was observed to be higher than cells expressing the non-phosphorylated point mutant IGFBP5 (Fig. 6D).
이상의 결과로, 폐암세포에서 IGFBP5의 인산화가 상피간엽이행을 촉진하는 효과를 시사하며 비인산화 점 돌연변이체에 의해 억제됨을 시사하였다.These results suggest that phosphorylation of IGFBP5 promotes epithelial-mesenchymal transition in lung cancer cells and is inhibited by a non-phosphorylated point mutant.
<실시예 7> IGFBP5의 인산화 또는 비인산화 점 돌연변이체를 발현하는 암세포의 전이성과 침습성 비교 확인<Example 7> Comparison of metastatic and invasive potential of cancer cells expressing phosphorylated or nonphosphorylated point mutants of IGFBP5
Real-time PCR을 통해 인산화 점 돌연변이체의 IGFBP5이 발현되는 폐암세포와 비인산화 점 돌연변이체 IGFBP5를 발현하고 있는 폐암세포에서 EMT marker의 발현을 확인하였다. RFP와 IGFBP5의 발현을 확인하여 모든 돌연변이체에서 RFP-IGFBP5의 발현이 비슷함을 확인하였다 (도 7에 A). IGFBP5 비인산화 점 돌연변이체를 발현하는 세포에 비해 IGFBP5 인산화 점 돌연변이체를 발현하는 세포에서 CDH2, VIM, SNAI1의 발현이 증가하였고 CDH1의 발현이 감소하였음을 확인하였다.Expression of EMT markers was confirmed in lung cancer cells expressing phosphorylated point mutants of IGFBP5 and non-phosphorylated point mutants of IGFBP5 using real-time PCR. Expression of RFP and IGFBP5 was confirmed to be similar in all mutants by RFP-IGFBP5 expression (Fig. 7A). Expression of CDH2, VIM, and SNAI1 was increased and expression of CDH1 was decreased in cells expressing IGFBP5 phosphorylated point mutants compared to cells expressing non-phosphorylated point mutants of IGFBP5.
IGFBP5 원형, 인산화 또는 비인산화 점 돌연변이체 단백질을 발현시키는 폐암세포 A549에서 이들 점 돌연변이체가 암세포의 이동성에 미치는 효과를 관찰하기 위해 세포 이동성 실험(migration assay)을 실시하였다. To observe the effect of these point mutants on cell migration, a migration assay was performed in lung cancer cells A549 expressing intact, phosphorylated, or nonphosphorylated point mutants of IGFBP5.
구체적으로, 각각의 IGFBP5 원형, 인산화 또는 비인산화 점 돌연변이체 단백질을 발현시키는 폐암세포 A549을 5 x 104 개의 세포를 8.0 μm, 24 well insert에 분주하고 24 well plate에 10% 혈청(FBS)이 포함된 배지를 분주한 뒤 inset를 넣어 주었다. 양성 대조군의 경우, 5 ng/ml TGF-β가 포함된 RPMI 1640(10% FBS)를 0.5 ml 분주하여 사용하였다. 세포 분주 48시간 후, 4% 파라포름알데히드(paraformaldehyde) 500 ㎕를 분주하고 1XPBS로 3회 세척하여 0.05% crystal-violet 용액으로 5분간 염색하였다. 5분 후 1XPBS로 5회 세척하였고, 염색된 정도(intensity)를 Odyssey infrared imaging system을 이용하여 측정하였다. 대조군의 염색된 정도(intensity)를 1이라고 할 때 각 실험군에서의 상대적 염색된 정도를 산출하여 그래프를 표시하였다. Specifically, 5 × 10 4 lung cancer cells A549 expressing each of the original, phosphorylated, or non-phosphorylated point mutant proteins of IGFBP5 were seeded in an 8.0 μm, 24-well insert, and the inset was placed in a 24-well plate containing medium containing 10% fetal bovine serum (FBS). For the positive control, 0.5 ml of RPMI 1640 (10% FBS) containing 5 ng/ml TGF-β was used. 48 hours after cell seeding, 500 μl of 4% paraformaldehyde was dispensed, washed three times with 1X PBS, and stained with 0.05% crystal-violet solution for 5 minutes. After 5 minutes, the cells were washed five times with 1X PBS, and the staining intensity was measured using an Odyssey infrared imaging system. The relative staining intensity of each experimental group was calculated and displayed on a graph, when the staining intensity of the control group was set to 1.
연구 결과, IGFBP5 인산화 점 돌연변이체 단백질을 발현시킨 실험군에서 양성대조군인 TGF-β 처리군과 유사하거나 더 높게 염색강도(intensity) 수치가 대조군 대비 5.5배까지 증가하였으며, 상대적으로 IGFBP5 인산화 점 돌연변이체에 비해 비인산화 점 돌연변이체 실험군은 염색강도가 낮은 것을 관찰할 수 있었다 (도 7에 B). 이상의 결과로 IGFBP5 인산화 점 돌연변이체는 폐암세포의 이동성을 촉진하며, 반면에 IGFBP5 비인산화 점 돌연변이체는 폐암세포의 이동성을 억제하는 효과를 나타냄을 알 수 있었다.As a result of the study, in the experimental group expressing the IGFBP5 phosphorylation point mutant protein, the staining intensity value increased up to 5.5 times compared to the control group, which was similar to or higher than the TGF-β treatment group, which was the positive control group, and it was observed that the staining intensity was relatively lower in the non-phosphorylation point mutant experimental group than in the IGFBP5 phosphorylation point mutant (Fig. 7B). These results indicate that the IGFBP5 phosphorylation point mutant promotes the mobility of lung cancer cells, whereas the IGFBP5 non-phosphorylation point mutant exhibits the effect of inhibiting the mobility of lung cancer cells.
IGFBP5 원형, 인산화 또는 비인산화 점 돌연변이체 단백질을 발현시키는 폐암세포 A549에서 이들 점 돌연변이체가 암세포의 침습성에 미치는 효과를 관찰하기 위해 마트리겔(matrigel)을 이용한 침습성 실험(invasion assay)을 실시하였다.To observe the effect of these point mutants on the invasiveness of cancer cells, an invasion assay using matrigel was performed in lung cancer cells A549 expressing intact, phosphorylated, or nonphosphorylated point mutants of IGFBP5.
구체적으로, 4℃에서 16~20시간동안 matrigel을 완전히 녹인 후 matrigel을 1 mg/ml이 되도록 차가운 serum free RPMI 1640(4℃)으로 희석하였다. 이를 8.0 μm 24 well 인서트(insert)에 100 μl 의 matrigel mixture(1 mg/ml)를 넣고 37℃ 배양기에서 12-20시간 동안 굳혀주었다. 굳은 matrigel insert에 각각의 IGFBP5 원형, 인산화 또는 비인산화 점 돌연변이체 단백질을 발현시키는 폐암세포 A549들을 2X10 cells/well의 세포수로 serum free RPMI 1640 (36℃)에 희석하여 각 insert에 분주하였다. 여기에 36℃의 따뜻한 RPMI 1640 (10% FBS)을 0.5 ml/well씩 분주하였다. 양성 대조군의 경우 5 ng/ml TGF-β가 포함된 36℃ RPMI 1640(10% FBS)를 0.5 ml 분주하여 사용하였다. 이 후 3일에 한 번씩 배지를 교환해주고 침습되는 정도를 관찰하였으며, 암세포의 침습이 충분히 일어난 것으로 관찰된 5일 차에 배지를 제거하고 1XPBS로 세척한 후, insert 안쪽의 cell들을 면봉으로 긁어 내었고, 1XPBS로 세척하여 insert 내부에 cell과 matrigel의 잔여물이 남지 않도록 제거하였다. Insert 바깥 면이 있는 24 well에 4% 파라포름알데하이드(paraformaldehyde) 500ul를 분주하고 5분간 실온에서 incubation한 후 1XPBS로 3회 세척하여, 0.05% crystal-violet 용액으로 5분간 염색하였다. 5분 후 1XPBS로 5회 세척하였고, 염색된 정도를 DMSO로 녹인 후 590nm에서 파장을 측정하였다. 대조군의 흡광도를 1이라고 할 때 각 실험군에서의 상대적 흡광도를 산출하여 그래프를 표시하였다.Specifically, after completely melting the matrigel at 4℃ for 16-20 hours, the matrigel was diluted to 1 mg/ml with cold serum-free RPMI 1640 (4℃). 100 μl of the matrigel mixture (1 mg/ml) was added to an 8.0 μm 24-well insert and solidified in a 37℃ incubator for 12-20 hours. 2 × 10 cells/well of lung cancer cells A549 expressing each IGFBP5 native, phosphorylated, or non-phosphorylated point mutant protein were diluted in serum-free RPMI 1640 (36℃) and dispensed into each insert. 0.5 ml/well of warm RPMI 1640 (10% FBS) at 36℃ was dispensed here. For the positive control group, 0.5 ml of 36℃ RPMI 1640 (10% FBS) containing 5 ng/ml TGF-β was aliquoted and used. The medium was changed once every 3 days and the degree of invasion was observed. On the 5th day, when sufficient cancer cell invasion was observed, the medium was removed, washed with 1X PBS, and the cells inside the insert were scraped with a cotton swab and washed with 1X PBS to remove any remaining cells and matrigel inside the insert. 500 ul of 4% paraformaldehyde was aliquoted into 24 wells with the outer surface of the insert, incubated at room temperature for 5 minutes, washed three times with 1X PBS, and stained with 0.05% crystal-violet solution for 5 minutes. After 5 minutes, it was washed five times with 1X PBS, and the degree of staining was dissolved in DMSO and measured for a wavelength at 590 nm. When the absorbance of the control group is set to 1, the relative absorbance of each experimental group was calculated and displayed on a graph.
연구 결과, IGFBP5 인산화 점 돌연변이체 단백질을 발현시킨 실험군에서 대조군 대비 5.7배에서 8배까지 증가하였으며 상대적으로 IGFBP5 비인산화 점 돌연변이체 실험군은 IGFBP5 인산화 점 돌연변이체에 비해 상대적 흡광도가 더 낮아진 것을 관찰할 수 있었다 (도 7에 C). 따라서 IGFBP5 비인산화 점 돌연변이체는 폐암세포의 이동성과 침습성을 억제하는 효과를 나타냄을 알 수 있었다. As a result of the study, in the experimental group expressing the IGFBP5 phosphorylation point mutant protein, the increase was 5.7- to 8-fold compared to the control group, and it was observed that the relative absorbance of the IGFBP5 non-phosphorylation point mutant experimental group was lower than that of the IGFBP5 phosphorylation point mutant (Fig. 7C). Therefore, it was found that the IGFBP5 non-phosphorylation point mutant exhibited an effect of inhibiting the mobility and invasiveness of lung cancer cells.
IGFBP5 인산화 또는 비인산화 점 돌연변이체를 발현하는 세포에서 caspase-3 assay를 통해 세포 생존율을 관찰하였다. Thr265와 Ser269 비인산화 점 돌연변이체에서 caspase-3 활성이 크게 증가하였고 세포 생존율이 감소하였다 (도 7에 D). 상기 결과로부터 IGFBP5의 Thr265와 Ser269이 인산화되었을 때 세포 생존을 증가시키는 반면에 IGFBP5 비인산화 점 돌연변이체는 caspase-3 활성에 따른 세포사멸을 유도하는 것을 확인하였다.Cell viability was observed in cells expressing IGFBP5 phosphorylated or nonphosphorylated point mutants using a caspase-3 assay. Caspase-3 activity was significantly increased and cell viability was decreased in the nonphosphorylated point mutants of Thr265 and Ser269 (Fig. 7D). From the results, it was confirmed that when Thr265 and Ser269 of IGFBP5 were phosphorylated, cell viability was increased, whereas the nonphosphorylated point mutant of IGFBP5 induced apoptosis through caspase-3 activity.
<실시예 8> IGFBP5 shRNA 선정<Example 8> Selection of IGFBP5 shRNA
IGFBP5의 mRNA 발현 억제 효과를 확인하기 위해서, shRNA 및 이를 포함하는 렌티바이러스를 제작하였다. 구체적으로 IGFBP5의 mRNA 발현을 억제하기 위하여 사람의 IGFBP5 mRNA(Human IGFBP5 mRNA [NM_ 000599.4], 서열번호 5 )서열 중 443-463 또는 467-487 또는 674-694 위치의 뉴클레오티드 서열을 타겟으로 하는 shRNA를 만들고자 프라이머를 제작하였다. 443-463 뉴클레오티드 타겟 서열 센스 부위(sense region)로는 5'- AGG CTG AAG CAG TGA AGA AGG -3'(서열번호 11)를, 안티센스 부위(antisense region)로는 5'- CCT TCT TCA CTG CTT CAG CCT -3'(서열번호 12)부위를 이용하여 이를 기반으로 pLKO-puro.1 벡터를 이용한 pLKO-puro.1-IGFBP5 플라스미드를 제작하였다. 포워드 프라이머로 5'- CCGG - AGGCTGAAGCAGTGAAGAAGG - CTCGAG - CCTTCTTCACTGCTTCAGCCT - TTTTTG -3'(서열번호 13)를 사용하였고, 리버스 프라이머로 5'- AATTCAAAAA - AGGCTGAAGCAGTGAAGAAGG - CTCGAG - CCTTCTTCACTGCTTCAGCCT -3'(서열번호 14)를 사용하였다. 467-487 뉴클레오티드 서열을 타겟으로 하는 shRNA의 센스 부위(sense region)로는 5'- GCA GAA AGA AGC TGA CCC AGT -3'(서열번호 15)를, 안티센스 부위(antisense region)로는 5'- ACT GGG TCA GCT TCT TTC TGC -3'(서열번호 16)부위를 이용하여 이를 기반으로 pLKO-puro.1 벡터를 이용한 pLKO-puro.1-IGFBP5 플라스미드를 제작하였다. 포워드 프라이머로 5'-CCGG - GCAGAAAGAAGCTGACCCAGT-CTCGAG-ACTGGGTCAGCTTCTTTCTGC-TTTTTG -3'(서열번호 17)를 사용하였고, 리버스 프라이머로 5'-AATTCAAAAA-GCAGAAAGAAGCTGACCCAGT-CTCGAG- ACTGGGTCAGCTTCTTTCTGC -3'(서열번호 18)를 사용하였다. 674-694 뉴클레오티드 서열을 타겟으로 하는 shRNA의 센스 부위(sense region)로는 5'- ACA AGA GAA AGC AGT GCA AAC -3'(서열번호 19)를, 안티센스 부위(antisense region)로는 5'- GTT TGC ACT GCT TTC TCT TGT -3'(서열번호 20)부위를 이용하여 이를 기반으로 pLKO-puro.1 벡터를 이용한 pLKO-puro.1-IGFBP5 플라스미드를 제작하였다. 포워드 프라이머로 5'-CCGG - ACAAGAGAAAGCAGTGCAAAC-CTCGAG-GTTTGCACTGCTTTCTCTTGT-TTTTTG -3'(서열번호 21)를 사용하였고, 리버스 프라이머로 5'-AATTCAAAAA-ACAAGAGAAAGCAGTGCAAAC-CTCGAG- GTTTGCACTGCTTTCTCTTGT -3'(서열번호 22)를 사용하였다. 루프서열은 5'-CTCGAG-3'(서열번호 23)이고, 프라이머에 포함된 형태로 shRNA를 제작하였다. 이를 pHR'-CMV-VSVG, pHR'-CMV-deltaR8.2와 함께 HEK293 세포 형질감염을 통해 발현시킨 후, 세포의 배양배지를 모아 렌티 바이러스를 생산하였다. 원심분리기를 이용하여 상기 렌티 바이러스를 농축시켰다. 바이러스 발현 확인을 위하여 A549 세포를 5X104 개/ml으로 배양한 후, 다음 날 감염 버퍼(Infection Buffer; 10mM HEPES(Sigma-Aldrich, USA), 1 mg/ml 폴리브렌(Sigma-Aldrich, MO, USA))에 렌티바이러스를 20 ml/well로 첨가하여 암세포를 감염시켰다. 24시간이 지난 후 퓨로마이신(puromycine; Sigma-Aldrich, MO, USA)을 48시간동안 처리하여 죽지 않고 살아있는 감염된 세포를 선별하였고, 선별한 세포의 RNA를 취하여 실시간 중합효소 연쇄반응(Real-time PCR)을 통해 IGFBP5의 발현이 억제되었음을 관찰하였다.In order to confirm the effect of inhibiting the mRNA expression of IGFBP5, shRNA and lentivirus containing it were produced. Specifically, to inhibit the mRNA expression of IGFBP5, primers were produced to produce shRNA targeting the nucleotide sequence at positions 443-463 or 467-487 or 674-694 of the human IGFBP5 mRNA (Human IGFBP5 mRNA [NM_ 000599.4], SEQ ID NO: 5). The sense region of the 443-463 nucleotide target sequence is The pLKO-puro.1-IGFBP5 plasmid was constructed using the pLKO-puro.1 vector based on the 5'- AGG CTG AAG CAG TGA AGA AGG -3' (SEQ ID NO: 11) as the sense region and 5'- CCT TCT TCA CTG CTT CAG CCT -3' (SEQ ID NO: 12) as the antisense region. 5'- CCGG - AGGCTGAAGCAGTGAAGAAGG - CTCGAG - CCTTCTTCACTGCTTCAGCCT - TTTTTG -3' (SEQ ID NO: 13) was used as the forward primer, and 5'- AATTCAAAAA - AGGCTGAAGCAGTGAAGAAGG - CTCGAG - CCTTCTTCACTGCTTCAGCCT -3' (SEQ ID NO: 14) was used as the reverse primer. The sense region of the shRNA targeting the 467-487 nucleotide sequence is The pLKO-puro.1-IGFBP5 plasmid was constructed using the pLKO-puro.1 vector based on the 5'- GCA GAA AGA AGC TGA CCC AGT -3' (SEQ ID NO: 15) as the sense region and 5'- ACT GGG TCA GCT TCT TTC TGC -3' (SEQ ID NO: 16) as the antisense region. 5'-CCGG - GCAGAAAGAAGCTGACCCAGT-CTCGAG- ACTGGGTCAGCTTCTTTCTGC-TTTTTG -3' (SEQ ID NO: 17) was used as the forward primer, and 5'-AATTCAAAAA-GCAGAAAGAAGCTGACCCAGT-CTCGAG- ACTGGGTCAGCTTCTTTCTGC -3' (SEQ ID NO: 18) was used as the reverse primer. The sense region of the shRNA targeting the 674-694 nucleotide sequence is The pLKO-puro.1-IGFBP5 plasmid was constructed using the pLKO-puro.1 vector based on the 5'- ACA AGA GAA AGC AGT GCA AAC -3' (SEQ ID NO: 19) as the sense region and 5'- GTT TGC ACT GCT TTC TCT TGT -3' (SEQ ID NO: 20) as the antisense region. 5'-CCGG - ACAAGAGAAAGCAGTGCAAAC-CTCGAG- GTTTTGCACTGCTTTCTCTTGT-TTTTTG -3' (SEQ ID NO: 21) was used as the forward primer, and 5'-AATTCAAAAA-ACAAGAGAAAGCAGTGCAAAC-CTCGAG- GTTTGCACTGCTTTCTCTTGT -3' (SEQ ID NO: 22) was used as the reverse primer. The loop sequence is 5'-CTCGAG-3' (SEQ ID NO: 23), and shRNA was produced in the form included in the primer. This was expressed through HEK293 cell transfection with pHR'-CMV-VSVG and pHR'-CMV-deltaR8.2, and the cell culture medium was collected to produce lentivirus. The lentivirus was concentrated using a centrifuge. To confirm virus expression, A549 cells were cultured at 5X104 /ml, and the next day, lentivirus was added to 20 ml/well in infection buffer (Infection Buffer; 10 mM HEPES (Sigma-Aldrich, USA), 1 mg/ml polybrene (Sigma-Aldrich, MO, USA)) to infect cancer cells. After 24 hours, the infected cells were treated with puromycine (Sigma-Aldrich, MO, USA) for 48 hours to select live, infected cells that did not die. RNA from the selected cells was collected and real-time polymerase chain reaction (real-time PCR) was used to observe that the expression of IGFBP5 was suppressed.
도 8에 A에 나타낸 바와 같이 shIGFBP5에 감염된 폐암세포 A549는 대조군 shRNA (shCtrl)에 감염된 세포에 비하여 IGFBP5의 mRNA의 발현이 감소하였고, 이는 IGFBP5의 발현이 억제되었음을 보여준다. 제작된 세 개의 shRNA 중 억제 효과가 가장 큰 #443 site를 targeting 한 shRNA를 이용하여 후속 실험을 진행하였다. As shown in Fig. 8A, the expression of IGFBP5 mRNA in lung cancer cells A549 infected with shIGFBP5 decreased compared to cells infected with the control shRNA (shCtrl), indicating that the expression of IGFBP5 was inhibited. Subsequent experiments were conducted using shRNA targeting the #443 site, which had the greatest inhibitory effect among the three produced shRNAs.
<실시예 9> IGFBP5 shRNA에 의한 상피간엽이행 진행 억제 확인<Example 9> Confirmation of inhibition of epithelial-mesenchymal transition progression by IGFBP5 shRNA
다음으로 본 발명자는 IGFBP5의 발현 억제에 따른 상피간엽이행 감소 평가를 위하여 TGF-β 처리한 전이성 세포에서 IGFBP5 shRNA를 이용하여 IGFBP5의 발현을 억제하고 상피간엽이행 마커를 단백질 수준에서 관찰하였다. Next, to evaluate the reduction in epithelial-mesenchymal transition due to inhibition of IGFBP5 expression, the inventors inhibited the expression of IGFBP5 using IGFBP5 shRNA in metastatic cells treated with TGF-β and observed epithelial-mesenchymal transition markers at the protein level.
구체적으로, 폐암 세포 A549를 5X104 cells/ml으로 배양하고 대조군 바이러스(shCtrl) 또는 shIGFBP5을 감염시킨 다음, 퓨로마이신(puromycine; Sigma-Aldrich, MO, USA)을 48시간동안 처리하여 죽지 않고 살아있는 세포를 선별하고 다시 5X104 cells/ml 분주하고 다음날 5 ng/ml TGF-β 48시간 처리 후 세포를 수취하였다. 수취한 세포는 100 ㎕의 분쇄 용액(0.5% Triton X-100, 20 mM Tris, pH 7.5, 2 mM MgCl2, 1 mM DTT, 1 mM EGTA, 50 mM beta-glycerophosphoate, 25 mM NaF, 1 mM Na3VO4, 2 ㎍/ml leupeptin, 2 ㎍/ml pepstatin A, 100 ㎍/ml PMSF, 1 ㎍/ml antipain)을 처리한 후 단백질 정량 하였다. 정량한 단백질을 SDS-PAGE를 통해 전기영동시킨 후 상피간엽이행 마커 항체를 이용하여 면역블랏(immunoblot)을 수행하여 상피간엽이행 과정의 감소를 확인하였다(도 8에 B-C). 또한 수취한 세포에서 mRNA를 정제하고 cDNA를 합성하여 실시간 중합효소 연쇄반응(Real-time PCR)을 수행하였고, mRNA 수준에서의 상피간엽이행 마커 N-cadherin을 비롯한 Vimentin, SNAI1 등 간엽이행 마커들이 감소, E-Cadherin은 증가하는것을 관찰함으로써 IGFBP5 shRNA가 TGF-β에 의한 전이환경에서 상피간엽이행 과정을 감소시킨다는 것을 확인하였다 (도 8에 D).Specifically, lung cancer cells A549 were cultured at 5X104 cells/ml and infected with control virus (shCtrl) or shIGFBP5, then treated with puromycine (Sigma-Aldrich, MO, USA) for 48 hours to select viable cells, and then seeded at 5X104 cells/ml again, and the cells were collected the next day after treatment with 5 ng/ml TGF-β for 48 hours. The harvested cells were treated with 100 ㎕ of a pulverization solution (0.5% Triton X-100, 20 mM Tris, pH 7.5, 2 mM MgCl 2 , 1 mM DTT, 1 mM EGTA, 50 mM beta-glycerophosphoate, 25 mM NaF, 1 mM Na 3 VO 4 , 2 ㎍/ml leupeptin, 2 ㎍/ml pepstatin A, 100 ㎍/ml PMSF, 1 ㎍/ml antipain), and then protein quantification was performed. The quantified proteins were electrophoresed through SDS-PAGE, and immunoblotting was performed using an epithelial-mesenchymal transition marker antibody to confirm the decrease in the epithelial-mesenchymal transition process (BC in Fig. 8). In addition, mRNA was purified from the collected cells, cDNA was synthesized, and real-time polymerase chain reaction (real-time PCR) was performed. By observing that epithelial-mesenchymal transition markers such as N-cadherin, Vimentin, and SNAI1 at the mRNA level decreased, and E-Cadherin increased, it was confirmed that IGFBP5 shRNA reduces the epithelial-mesenchymal transition process in a TGF-β-induced metastatic environment (Fig. 8D).
<실시예 10> 전이환경에서 IGFBP5 shRNA에 의한 이동성과 침습성에 대한 억제 효과와 인산화 점 돌연변이체에 의한 이동성과 침습성 증가 효과 평가<Example 10> Evaluation of the inhibitory effect on mobility and invasiveness by IGFBP5 shRNA and the increased effect on mobility and invasiveness by phosphorylation point mutants in a metastatic environment
또한 본 발명자는 IGFBP5 shRNA가 전이환경에서 인서트(Insert)를 이용하여 세포의 이동성을 억제하는 효과를 증명하였다. In addition, the present inventors demonstrated the effect of IGFBP5 shRNA on suppressing cell mobility using an insert in a metastatic environment.
구체적으로 폐암 세포 A549에 대조군 shRNA(shCtrl) 또는 IGFBP5 shRNA(shIGFBP5) 바이러스를 감염시켰다. 감염시킨 세포를 24 well 인서트(Insert)에 5X10 4 cells/well의 세포수로 혈청프리 RPM1(36)에 희석하여 인서트에 분주하였다. 인서트 밖의 24 well에는 RPM1(10% FBS 포함)을 0.5 ml/well씩 분주하고 48시간 후 4% 파라포름알데히드(paraformaldehyde) 500 ㎕를 분주하고 1XPBS로 3회 세척하여 0.05% crystal-violet 용액으로 5분간 염색하였다. 5분 후 1XPBS로 5회 세척하였고, 염색된 정도를 590nm에서 파장을 측정하였다. 대조군의 흡광도를 1이라고 할 때 각 실험군에서의 상대적 흡광도를 산출하여 그래프를 표시하였다(도 9에 A).Specifically, lung cancer cells A549 were infected with control shRNA (shCtrl) or IGFBP5 shRNA (shIGFBP5) viruses. The infected cells were seeded in 24-well inserts at a cell number of 5X104 cells/well with serum-free RPM1 (36 ) and dispensed into the insert. RPM1 (containing 10% FBS) was dispensed at 0.5 ml/well into the 24 wells outside the insert, and after 48 hours, 500 ㎕ of 4% paraformaldehyde was dispensed, washed three times with 1X PBS, and stained with 0.05% crystal-violet solution for 5 minutes. After 5 minutes, the cells were washed five times with 1X PBS, and the degree of staining was measured at a wavelength of 590 nm. When the absorbance of the control group was 1, the relative absorbance in each experimental group was calculated and displayed on a graph (Fig. 9A).
그 결과, 도 9에 A에 나타낸 바와 같이, 대조군 바이러스(shCtrl)을 감염시킨 세포와 비교하여 shIGFBP5을 감염시켜 IGFBP5의 발현을 억제시키자 세포의 이동성이 크게 감소하였다. TGF-β 처리 후 이동성을 관찰하였을 때도 유사한 경향을 보였다 (도 9에 A).As a result, as shown in A in Fig. 9, when the expression of IGFBP5 was suppressed by infection with shIGFBP5, cell mobility was significantly reduced compared to cells infected with the control virus (shCtrl). A similar trend was observed when mobility was observed after TGF-β treatment (A in Fig. 9).
다음으로, 본 발명자는 IGFBP5 shRNA가 전이환경에서 마트리겔(Matrigel)을 이용하여 세포의 침습성을 억제하는 효과를 증명하였다. Next, the present inventors demonstrated the effect of IGFBP5 shRNA in suppressing cell invasiveness using Matrigel in a metastatic environment.
본 발명을 위하여 4℃에서 16~20시간동안 마트리겔(Matrigel)을 완전히 녹인 후 마트리겔(Matrigel)을 1 mg/ml이 되도록 차가운 혈청 프리 MEM(4℃)으로 희석하였다. 이를 8.0 mm 24 well 인서트(insert)에 1 ml의 마트리겔(Matrigel) 혼합물(1 mg/ml)을 넣고 37 배양기에서 12-20시간 동안 굳혀주었다. 굳은 마트리겔 인서트(Matrigel insert)에 각각 shRNA(shCtrl) 또는 IGFBP5 shRNA(shIGFBP5) 바이러스를 감염시킨 세포를 2X10 5 cells/well의 세포수로 혈청프리 RPM1(36)에 희석하여 인서트에 분주하였다. 여기에 36의 따뜻한 RPM1(10% FBS 포함)을 0.5 ml/well씩 분주하였다. 이 후 3일에 한 번씩 배지를 교환해주고 침습되는 정도를 관찰하였으며, 암세포의 침습이 충분히 일어난 것으로 관찰된 7일 차에 배지를 제거하고 1XPBS로 세척한 후, 인서트 안쪽의 세포들을 면봉으로 긁어 내었고, 1XPBS로 세척하여 인서트 내부에 세포와 마트리겔(Matrigel)의 잔여물이 남지 않도록 제거하였다. 인서트 바깥 면이 있는 24 well에 4% 파라포름알데히드(paraformaldehyde) 500 ㎕를 분주하고 5분간 실온에서 인큐베이션한 후 5분에 1XPBS로 3회 세척하여, 0.05% crystal-violet 용액으로 5분간 염색하였다. 5분 후 1XPBS로 5회 세척하였고, 염색된 정도를 590nm에서 파장을 측정하였다. 대조군의 흡광도를 1이라고 할 때 각 실험군에서의 상대적 흡광도를 산출하여 그래프를 표시하였다 (도 9에 B).For the present invention, Matrigel was completely dissolved at 4°C for 16 to 20 hours, and then Matrigel was diluted with cold serum-free MEM (4°C) to 1 mg/ml. 1 ml of Matrigel mixture (1 mg/ml) was placed in an 8.0 mm 24-well insert and incubated at 37°C. The cells were solidified in an incubator for 12-20 hours. The cells infected with shRNA (shCtrl) or IGFBP5 shRNA (shIGFBP5) virus were seeded in serum-free RPM1 (36) at a cell number of 2X105 cells/well on the solidified Matrigel insert. ) was diluted and dispensed into the insert. Here, 36 Warm RPM1 (containing 10% FBS) was dispensed at 0.5 ml/well. The medium was changed once every 3 days, and the degree of invasion was observed. On the 7th day, when sufficient cancer cell invasion was observed, the medium was removed, washed with 1X PBS, and the cells inside the insert were scraped with a cotton swab and washed with 1X PBS to remove any remaining cells and Matrigel inside the insert. 500 ㎕ of 4% paraformaldehyde was dispensed into 24 wells with the outer surface of the insert, incubated at room temperature for 5 minutes, washed three times with 1X PBS every 5 minutes, and stained with 0.05% crystal-violet solution for 5 minutes. After 5 minutes, the medium was washed five times with 1X PBS, and the degree of staining was measured at a wavelength of 590 nm. When the absorbance of the control group is set to 1, the relative absorbance of each experimental group was calculated and displayed on a graph (B in Figure 9).
그 결과, 도 9에 B에 나타낸 바와 같이, 대조군 바이러스(shCtrl)을 감염시킨 세포와 비교하여 shIGFBP5을 감염시켜 IGFBP5의 발현을 억제시키자 세포의 침습성이 크게 감소하였다 (도 9에 B). As a result, as shown in B in Fig. 9, when the expression of IGFBP5 was suppressed by infection with shIGFBP5, the invasiveness of the cells was significantly reduced compared to cells infected with the control virus (shCtrl) (B in Fig. 9).
폐암 세포 A549를 5X104 cells/ml으로 배양하고 대조군 바이러스(shCtrl) 또는 shIGFBP5을 감염시킨 다음, 퓨로마이신(puromycine; Sigma-Aldrich, MO, USA)을 48시간동안 처리하여 죽지 않고 살아있는 세포를 선별하고 다시 5X104 cells/ml 분주하고 다음날 5 ng/ml TGF-β 48시간 처리 후 세포를 수취하였다. 수취한 세포는 100 ㎕의 분쇄 용액(0.5% Triton X-100, 20 mM Tris, pH 7.5, 2 mM MgCl2, 1 mM DTT, 1 mM EGTA, 50 mM beta-glycerophosphoate, 25 mM NaF, 1 mM Na3VO4, 2 ㎍/ml leupeptin, 2 ㎍/ml pepstatin A, 100 ㎍/ml PMSF, 1 ㎍/ml antipain)을 처리한 후 단백질 정량 하였다. 정량한 단백질에서 caspase-3 assay를 통해 caspase-3 활성을 관찰하였고 shIGFBP5를 감염시킨 세포에서 caspase-3 활성이 크게 증가하는 것을 확인하였다(도 9에 C).Lung cancer cells A549 were cultured at 5X104 cells/ml and infected with control virus (shCtrl) or shIGFBP5, then treated with puromycine (Sigma-Aldrich, MO, USA) for 48 hours to select viable cells, and then seeded at 5X104 cells/ml again, and the cells were collected the next day after treatment with 5 ng/ml TGF-β for 48 hours. The harvested cells were treated with 100 ㎕ of pulverization solution (0.5% Triton X-100, 20 mM Tris, pH 7.5, 2 mM MgCl 2 , 1 mM DTT, 1 mM EGTA, 50 mM beta-glycerophosphoate, 25 mM NaF, 1 mM Na 3 VO 4 , 2 ㎍/ml leupeptin, 2 ㎍/ml pepstatin A, 100 ㎍/ml PMSF, 1 ㎍/ml antipain), and then protein quantification was performed. Caspase-3 activity was observed in the quantified protein through a caspase-3 assay, and it was confirmed that caspase-3 activity was significantly increased in cells infected with shIGFBP5 (Fig. 9C).
IGFBP5가 억제되었을 때와 더불어 IGFBP5가 인산화 되었을 때 폐암 세포의 이동성과 침습성을 증가시키는 효과를 증명하였다. 위와 같은 조건으로 인서트(Insert)와 마트리겔(Matrigel)을 이용하여 MOCK, IGFBP5 WT, 인산화 점 돌연변이체, 비인산화 점 돌연변이체의 이동성과 침습성을 평가한 결과, WT과 비인산화 점 돌연변이체와 비교하였을 때 인산화 점 돌연변이체에서 세포의 이동성과 침습성이 증가하는 것을 확인하였다(도 9에 D-E).In addition to when IGFBP5 was inhibited, it was demonstrated that when IGFBP5 was phosphorylated, it increased the mobility and invasiveness of lung cancer cells. As a result of evaluating the mobility and invasiveness of MOCK, IGFBP5 WT, phosphorylation point mutants, and non-phosphorylation point mutants using inserts and Matrigel under the above conditions, it was confirmed that cell mobility and invasiveness increased in the phosphorylation point mutants compared to WT and non-phosphorylation point mutants (Fig. 9D-E).
도 9의 결과를 종합하였을 때, 전이 환경에서 IGFBP5 shRNA를 이용하여 폐암 세포에서 IGFBP5의 발현을 억제하였을 때에 상피간엽이행이 감소되며, 세포의 이동성과 침습성 또한 감소하는 것을 증명하였다. IGFBP5의 발현이 감소함에 따라 세포 생존율이 감소하는 것을 확인하였으며, 이를 통해 IGFBP5가 세포 생존에 영향을 미치는 것을 증명하였다. 또한, IGFBP5가 인산화 되었을 때 세포의 이동성과 침습성을 증가시키는 것을 증명하였다.When the results of Fig. 9 are summarized, it was demonstrated that when the expression of IGFBP5 was suppressed in lung cancer cells using IGFBP5 shRNA in a metastatic environment, the epithelial-mesenchymal transition was reduced, and cell motility and invasiveness were also reduced. It was confirmed that cell viability decreased as the expression of IGFBP5 decreased, proving that IGFBP5 affects cell survival. In addition, it was demonstrated that when IGFBP5 was phosphorylated, it increased cell motility and invasiveness.
<실시예 11> 고형암에서 IGFBP5 shRNA에 의한 세포 생존율 감소 효과 평가<Example 11> Evaluation of the effect of IGFBP5 shRNA on cell viability reduction in solid cancer
자궁경부암 세포 HeLa 세포를 2X104 cells/ml으로, 유방암 세포 BT-20 세포를 4X104 cells/ml으로 배양하고 대조군 바이러스(shCtrl) 또는 shIGFBP5을 감염시킨 다음, 퓨로마이신(puromycine; Sigma-Aldrich, MO, USA)을 48시간동안 처리하여 죽지 않고 살아있는 세포를 선별하고 다시 HeLa 세포는 2X104 cells/ml, BT-20 세포는 4X104 cells/ml로 분주하고 다음날 5 ng/ml TGF-β 48시간 처리 후 세포를 수취하였다. 수취한 세포는 100 ㎕의 분쇄 용액(0.5% Triton X-100, 20 mM Tris, pH 7.5, 2 mM MgCl2, 1 mM DTT, 1 mM EGTA, 50 mM beta-glycerophosphoate, 25 mM NaF, 1 mM Na3VO4, 2 ㎍/ml leupeptin, 2 ㎍/ml pepstatin A, 100 ㎍/ml PMSF, 1 ㎍/ml antipain)을 처리한 후 단백질 정량 하였다. 도 10에 A에 나타낸 바와 같이 shIGFBP5에 감염된 자궁경부암 세포 HeLa와 유방암 세포 BP-20에서 대조군 shRNA (shCtrl)에 감염된 세포에 비하여 IGFBP5의 mRNA의 발현이 감소하였고, 이는 IGFBP5의 발현이 억제되었음을 보여준다 (도 10에 A). 정량한 단백질로 caspase-3 assay를 통해 caspase-3 활성을 관찰하였고 positive control로 사용된 paclitaxel이 처리된 세포의 caspase-3 활성이 증가하는 조건에서 shIGFBP5를 감염시킨 HeLa 세포, BT-20 세포에서 caspase-3 활성이 크게 증가하는 것을 확인하였다(도 10에 B). 이를 통해 IGFBP5가 자궁경부암 세포의 생존에 영향을 미치는 것을 증명하였다.Cervical cancer HeLa cells were cultured at 2X104 cells/ml and breast cancer BT-20 cells were cultured at 4X104 cells/ml and infected with control virus (shCtrl) or shIGFBP5, then treated with puromycine (Sigma-Aldrich, MO, USA) for 48 hours to select living cells. Then, HeLa cells were divided again at 2X104 cells/ml and BT-20 cells were divided again at 4X104 cells/ml and the cells were collected the next day after treating with 5 ng/ml TGF-β for 48 hours. The harvested cells were treated with 100 ㎕ of pulverization solution (0.5% Triton X-100, 20 mM Tris, pH 7.5, 2 mM MgCl 2 , 1 mM DTT, 1 mM EGTA, 50 mM beta-glycerophosphoate, 25 mM NaF, 1 mM Na 3 VO 4 , 2 ㎍/ml leupeptin, 2 ㎍/ml pepstatin A, 100 ㎍/ml PMSF, 1 ㎍/ml antipain), and then protein quantification was performed. As shown in Fig. 10A, the expression of IGFBP5 mRNA was decreased in cervical cancer cells HeLa and breast cancer cells BP-20 infected with shIGFBP5 compared to cells infected with the control shRNA (shCtrl), indicating that the expression of IGFBP5 was inhibited (Fig. 10A). Caspase-3 activity was observed through a caspase-3 assay with the quantified protein, and it was confirmed that caspase-3 activity significantly increased in HeLa cells and BT-20 cells infected with shIGFBP5 under conditions in which caspase-3 activity increased in cells treated with paclitaxel, which was used as a positive control (B in Fig. 10). This proved that IGFBP5 affects the survival of cervical cancer cells.
TGF-β 처리에 의해 유도된 전이환경에서도 shIGFBP5 처리에 의한 생존율 변화가 있는지 관찰하였다. 그 결과, shIGFBP5에 감염된 자궁경부암 세포 HeLa 세포는 대조군 shRNA (shCtrl)에 감염된 세포에 비하여 IGFBP5의 mRNA의 발현이 감소하였고, shRNA (shCtrl)에 감염된 후 TGF-β가 처리된 세포에서 IGFBP5의 mRNA의 발현 증가하였다 (도 10에 C). 정량한 단백질로 caspase-3 assay를 통해 caspase-3 활성을 관찰하였고 shIGFBP5를 감염시킨 세포에서 caspase-3 활성이 크게 증가하는 것을 확인하였고 TGF-β 처리하였을 때도 shIGFBP5를 감염시킨 세포에서 caspase-3 활성이 크게 증가하는 것을 확인하였다 (도 10에 D). 이를 통해 전이환경에서도 IGFBP5가 자궁경부암 세포의 생존에 영향을 미치는 것을 증명하였다. 상기 내용을 통해 폐암 세포, 자궁 경부암 세포, 유방암 세포에서 IGFBP5 발현이 감소함에 따라 생존율이 감소하는 것을 확인하였다.We also observed whether there was a change in survival rate by shIGFBP5 treatment in the metastatic environment induced by TGF-β treatment. As a result, the expression of IGFBP5 mRNA decreased in HeLa cells infected with shIGFBP5 compared to cells infected with the control shRNA (shCtrl), and the expression of IGFBP5 mRNA increased in cells infected with shRNA (shCtrl) and then treated with TGF-β (Fig. 10C). Caspase-3 activity was observed through a caspase-3 assay with the quantified protein, and it was confirmed that caspase-3 activity increased significantly in cells infected with shIGFBP5, and it was also confirmed that caspase-3 activity increased significantly in cells infected with shIGFBP5 when treated with TGF-β (Fig. 10D). This demonstrated that IGFBP5 affects the survival of cervical cancer cells even in the metastatic environment. Through the above, it was confirmed that the survival rate decreased as the expression of IGFBP5 decreased in lung cancer cells, cervical cancer cells, and breast cancer cells.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, even if the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents, appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also included in the scope of the claims described below.
아래의 표 1은 발명의 설명에서 이용된 단백질 및 올리고뉴클레오타이드의 서열정보이다. Table 1 below shows the sequence information of proteins and oligonucleotides used in the description of the invention.
CCGGAGGCTGAAGCAGTGAAGAAGGCTCGAGCCTTCTTCACTGCTTCAGCCTTTTTTG
서열목록 전자파일 첨부Attach electronic file of sequence list
Claims (11)
상기 IGFBP5 발현 억제용 RNA는 앱타머, siRNA, shRNA, 및 miRNA로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이고,
상기 IGFBP5 발현 억제용 RNA는 서열번호 11, 서열번호 15, 또는 서열번호 19의 염기서열과 상보적인 염기서열을 포함하는 것인, 약학적 조성물.In the first paragraph,
The above RNA for suppressing IGFBP5 expression is one type selected from the group consisting of aptamer, siRNA, shRNA, and miRNA.
A pharmaceutical composition, wherein the RNA for inhibiting IGFBP5 expression comprises a base sequence complementary to the base sequence of SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 15, or SEQ ID NO: 19.
상기 IGFBP5 발현 억제용 RNA는 shRNA이고,
상기 shRNA는 서열번호 6 내지 서열번호 8로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나의 염기서열과 상보적인 염기서열을 포함하는 것인, 약학적 조성물.In the first paragraph,
The above RNA for suppressing IGFBP5 expression is shRNA.
A pharmaceutical composition, wherein the shRNA comprises a base sequence complementary to one base sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 6 to SEQ ID NO: 8.
상기 IGFBP5 발현 억제용 RNA는 shRNA이고,
상기 shRNA를 발현하는 벡터는 서열번호 6 내지 서열번호 8로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 염기서열을 포함하는 것인, 약학적 조성물. In the first paragraph,
The above RNA for suppressing IGFBP5 expression is shRNA.
A pharmaceutical composition, wherein the vector expressing the shRNA comprises at least one base sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 6 to SEQ ID NO: 8.
상기 조성물은 암세포의 이동성 및 침습성을 감소시켜 암의 전이(Metastasis)를 억제하는 것인, 약학적 조성물. In the first paragraph,
The above composition is a pharmaceutical composition that inhibits cancer metastasis by reducing the mobility and invasiveness of cancer cells.
상기 조성물은 종양 형성능을 억제하는 것인, 약학적 조성물. In the first paragraph,
A pharmaceutical composition, wherein the composition inhibits tumor formation ability.
상기 조성물은 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 IGFBP5 돌연변이 단백질을 추가로 포함하는 것인, 약학적 조성물. In the first paragraph,
A pharmaceutical composition, wherein the composition further comprises an IGFBP5 mutant protein comprising an amino acid sequence of sequence number 2.
상기 암은 고형암인 것을 특징으로 하는, 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.In the first paragraph,
A pharmaceutical composition for preventing or treating cancer, characterized in that the cancer is a solid cancer.
상기 고형암은 교모세포종, 난소암, 방광암, 비기능성 뇌하수체 선종, 식도암, 신장암, 유방암, 위암, 직장암, 자궁경부암, 자궁내막암, 폐암, 및 췌장암으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 암인 것을 특징으로 하는, 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.In the first paragraph,
A pharmaceutical composition for preventing or treating cancer, characterized in that the solid cancer is at least one cancer selected from the group consisting of glioblastoma, ovarian cancer, bladder cancer, non-functioning pituitary adenoma, esophageal cancer, kidney cancer, breast cancer, stomach cancer, rectal cancer, cervical cancer, endometrial cancer, lung cancer, and pancreatic cancer.
상기 폐암은 비소세포폐암인 것을 특징으로 하는, 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물. In the first paragraph,
A pharmaceutical composition for preventing or treating cancer, characterized in that the lung cancer is non-small cell lung cancer.
상기 비소세포폐암은 선암인 것을 특징으로 하는, 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.In the first paragraph,
A pharmaceutical composition for preventing or treating cancer, characterized in that the non-small cell lung cancer is adenocarcinoma.
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| Valastyan, S. and Weinberg, R.A., Cell 147 (2011) 275-292; Shibue, T. and Weinberg, Semin Cancer Biol 21 (2011) 99-106 |
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