전사인자 Egr-1에 의한 암전이 조절 기전 규명 및 암전이 제어 기술 개발 = Study for the molecular mechanism underlying Egr1-mediated cancer metastasis and the development of biotechnology inhibiting metastasis

국문 초록 (Abstract)

Ⅰ. 연구개발의 목적 및 필요성
Egr-1은 zinc-finger전사인자로서 TGFbeta의 경우와 유사하게 정상세포에서는 암억제인자로서 작용하지만, 암이 성장함에 따라 암주변 미세환경 (tumor microenvironment)이 변화되면 Egr-1은 오히려 암발달을 촉진시키는 인자로 작용하는 것으로 추측됨. 본 연구에서는 암전이 관련 Egr-1 표적 유전자를 최종 확립하고 이들 유전자 기능 규명을 통하여 Egr-1 전사 표적 네트워크를 확립함으로써, 아직 밝혀져있지 않은 Egr-1의 암전이 조절 역할을 규명함. 궁극적으로는 암전이 제어 치료제 개발에 기여함.
Ⅱ. 연구개발의 내용 및 범위
Egr-1 표적 유전자의 암전이 역할을 규명하고, 암전이 억제 저분자 화합물을 개발함
(1) 암전이 관련 Egr-1 표적 특성 규명
- 암전이관련 Egr-1 표적 18개 후보 유전자 대상으로 Egr-1 표적 검증
- 유전자 프로모터 크로닝 및 Egr-1 binding site point mutation - EMSA, ChIP assay 이용 Egr-1 결합 검증
- Egr-1 표적 유전자 발현을 선택적으로 제어할 수 있는 저분자 화합물 도출
(2) Egr-1 표적 유전자 전사 조절 기전 규명
- 암전이 촉진 Egr-1 발현 유도하는 암미세환경 분석
- 암미세환경에서 Egr-1 발현 유도하는 세포내 각종 신호전달계 활성 및 비활성 분석
- 암미세환경에 의해 Egr-1 표적 유전자 프로모터에서 Egr-1 과 결합하는 전사조절인자 활성 변화 분석
- Egr-1 의존적 암전이조절 네트워크 확립
- 도출된 암전이 억제물질의 억제효과 최적화
(3) Egr-1 및 Egr-1 표적 유전자의 암전이 역할 규명
- Egr-1과 Egr-1 표적 유전자의 siRNA 발현 암세포주 이용하여 in vitro invasion activity 변화 분석
- Egr-1과 Egr-1 표적 유전자의 siRNA 발현 암세포주를 동물 모델에 주입하여 in vivo 암전이능 분석
- Egr-1 표적 유전자에 의한 암전이 조절 분자 기전 분석
- Egr-1 표적 암전이 조절 유전자 발현 TG mouse 이용한 암전이 조절 기능 검증
- 동물실험 이용하여 최적화된 암전이 억제 후보물질 도출
Ⅲ. 연구개발결과
암전이 억제 Egr-1의 표적 유전자 BRCA1, IL11, CXCL1 유전자를 발굴하고, 이들 유전자 가 Egr-1에 의해 어떻게 유전자 발현이 조절되는지에 대한 분자 기전을 규명하였으며, Egr-1 표적 유전자에 의한 암세포 증식 및 암전이 조절 역할을 규명하여, 총 3편의 SCI 논문을 발표하였음. 또한, 본 연구를 통하여 암세포 성장과 전이를 억제하는 신규의 칼콘계 화합물 DK49와 DPP23을 개발하여 1건의 국내특허 출원 완료하였으며, 이들 화합물에 의한 암세포 사멸 유도 및 암전이능 억제 분자 기전을 규명
Ⅳ. 연구개발결과의 활용계획
본 연구에서 도출된 DPP-23 화합물은 암세포 선택적으로 UPR을 표적하여 세포사멸을 유도하는 신규의 신규 칼콘계 화합물임. DPP-23에 대한 물성과 독성 분석, 효능 최적화 시험을 추가적으로 수행하여 비임상 진입이 가능한 항암 치료용 후보물질로 개발할 계획임

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Egr-1 is a member of zinc-finger transcription factors involved in diverse physiological responses, including cell growth, differentiation and apoptosis. However, the functional role of Egr-1 in the regulation of tumor metastasis is largely unknown.
- Aim 1: Identification of Egr-1 target genes involved in migration, invasion and metastasis.
- Aim 2: Analysis of transcriptional regulatory mechanism of Egr-1 target genes
- Aim 3: Development of anti-metastatic agents
(1) Identification of Egr-1 targe genes involved in tumor metastasis
- Promoter cloning and characterization of Egr-1 target genes, including BRCA1, IL11, and CXCL1
- Verification of Egr-1 targets by analysis using point mutation within the Egr-1 binding sequence in the target gene promoter
(2) Analysis of transcriptional regulatory mechanism of Egr-1 target genes
- Analysis of tumor microenvironment inducing expression of Egr-1 and its target genes in tumor cells associated with stimulation of metastatic potential
- Characterization of intracellular signal transduction mechanisms controlling expression of Egr-1 and its target genes - Establishment of Egr-1-dependent gene regulatory network controlling tumor metastasis
(3) Elucidation of the role of Egr-1 and its target genes in tumor metastasis
- Analysis of in vitro invasion activity of tumor cells expressing siRNA against Egr-1 or Egr-1 target genes including IL11 and CXCL1
- Analysis of in vivo metastasis ability of xenograft cancer cells expressing siRNA against Egr-1 or Egr-1 target genes in nude/scid mouse
- Functional analysis of molecular mechanism underlying the regulation of invasion and metastasis by Egr-1 and its target genes
- Validation of the role of Egr-1 and its target genes for regulation of tumor metastasis using transgenic mouse model
(4) Development of anti-cancer agents displaying inhibition of tumor invasion
- Synthesis of novel small molecules (DPP-23 and DK49) selectively targeting cancer cells
- DK49 and DPP-23 effectively inhibited the growth of cancer cells in vivo (xenografts in Balb/c nude mice)
- DK49 triggers apoptosis through inhibition of tumbulin polymerization, and DPP-23 targeted the unfolded protein response (UPR) in the endoplasmic reticulum (ER) through the production of reactive-oxygen species (ROS) in cancer cells, but not in normal cells, resulting in selective killing of tumor cells via caspase-dependent apoptosis