폐암(NSCLC) 치료를 위한 항암 마이크로 RNA 발굴 및 작용 기전 규명 = Identification of therapeutic microRNAs for NSCLC and underlying mechanism

국문 초록 (Abstract)

연구의 목적 및 내용 : 기존 표적 치료제의 단일 유전자 발현을 억제하는 방식이 아닌, 세포의 생존에 직결된 신호 전달 체계를 제어하는 방식으로 암의 사멸을 유도하는 혁신적 항암제를 개발하기 위해 EGFR 유전자적 변이를 갖는 폐암 세포주 (NSCLC)에서 기존 항암제에 대한 내 성을 갖는 폐암 세포주를 대상으로 하여, 각 세포주에서 효능을 보이는 microRNA (miRNA) 를 발굴하여 이들 miRNA 에 의한 항 암 유발 작용 기전 및 약물 내성 기전을 규명하고, 이를 본사의 독자적 siRNA/miRNA 전달 나노 입자인 SAMiRNA 로 제작, 동물 모델에서의 효능 검증을 통하여 miRNA 기반의 폐암 치료 후보 물질을 발굴을 목적으로 함.
연구개발성과 : EGFR mutaion 폐암 치료제인 Erlotinb 및 Gefitnib 에 대하여 내성을 가진 폐암에 대하여 효율적인 microRNA (miRNA) 기반의 폐암 치료제 개발을 목표로 연구가 진행되었음. 이를 위하여 현재까지 알려진 human miRNA 200여종을 포함하는 miRNA libray 를 제작하여 screnig 에 사용하였음. EGFR mutaion 의 폐암 세포주를 대상으로 miRNA libray screnig 을 수행하여 세포주의 증식을 억제하는 miRNA 후보군을 선별하였음. 효과적으로 폐암 증식을 억제하는 이들 miRNA 후보군은 세포주의 apoptosi 를 유발하는 방식으로 작용한다는 것을 규명하였음. 또한, miRNA 에 의한 apoptosi 유발 기전에 관여하는 signaling pathway 를, 다양한 실험적 기법에 의하여 규명하였는데, 본 과제에서 치료제 후보 물질로 최종 선정된 miR-54a 및 miR-648 은 EGFR 의 발현을 직접적으로 억제함으로서 EGFR signaling 을 차단하는 것을 발견하였음. 특히, miR-54a는 EGFR transcript 의 3‘ UTR 에 3개의 서로 다른 binding site 에 결합하여 EGFR 단백질의 발현을 차단하는 것을 발견하였음. miR-54a 및 miR-648 을 사용하여 Erlotinb 및 Gefitnib 에 내성이 있는 세포주에 처리를 한 경우도, 효과적으로 낮은 농도의 miRNA 에서 세포주의 apoptosi 를 유발하는 것을 확인할 수 있었음. 발굴된 miRNA 를 포함하는 SAMiRNA 나노입자를 제작하여 폐암 치료제로서의 개발 가능성을 동물 모델에서 평가하였음. 우선, 기존의 SAMiRNA 나노입자의 구조적 안정성을 향상시키기 위하여 Sense strand modifcation 을 진행하였음. 이러한 형태의 나 노입자 miRNA 치료제를 orthotpic 또는 xenograft 동물 모델을 이용하여 효능을 평가하였음. non-treatment 동물군 대비 효과 적으로 SAMiRNA 나노입자가 종양의 성장을 억제하는 것으로 확인하였고, 또한 30 mpk 의 사용량에서도 독성이 거의 나타나지 않는 것을 확인하였음. 연구개발성과로 얻어진 후보물질에 대하여 추가적인 동물 데이터를 확보한 후 비임상 및 임상 실험을 수행할 계획임.
연구개발성과의 활용계획(기대효과) : miRNA 기반의 치료제는 현재까지 개발된 사례가 없으나, 본 연구진에 의하여 그 효율성 및 안정성이 입증될 것으로 기대됨. 기존의 치료제로서 접근하기 어려 웠던 난치성 질병에 대한 새로운 대안을 제시할 것으로 기대되며, 새로운 치료제 시장의 창출과 더불어 선도적인 역할을 수행할 것으로 예상됨. 또, 연구개발 성과물은 EGFR mutation 의 폐암을 대상으로 효능 및 안전성을 입증하는 실험이 진행되었으나, 폐암 이외의 다른 암종의 경우도 EGFR mutation 이 암 세포 생존에 결정적인 역할을 하는 경우가 많기 때문에, 다른 암종으로의 적용 가능성이 매우 높음. 따라서, 폐암 이외의 다른 암종의 치료제로서의 개발 이 가능할 것으로 판단됨.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Purpose & contents : In order to develop an inovative medicne which inhibts ignaling pathway critcal for the survial of cancer, we screned miRNA libray to identify potent miRNAs which led apoptosi of cancer celines, especialy inon-smal celung cancer (NSCLC), and revealed mechanism by which the cancer cels enterd the apoptosi. The candiate miRNAs wer loaded on SAMiRNA nano particle and tested for the ficacy in animal models. The purpose of the research was the discovery of candiate miRNA medicnes for lung cancers.
Results : The research was performed to develop an eficacious medicne based on miRNAs to cure EGFR mutaion lung cancers whichad the resitance to Erlotinb and Gefitfnib. For this purpose, human miRNA libray was produced which contains aproximate 200 human miRNAs known up to date and wasubjected to screnig proces. Through the screnig, several miRNAs wer identifed which inhibted the proliferation of cancer cels. We discoverd that miRNAs inhibts the proliferation by inducing apoptosi of cels. In aditon, miR-54a nd miR-648 which wer selcted lead candiates for miRNA-based medicne wer unveiled to block the EGFR signaling pathway by directly represing the xpresion of EGFR protein. Of note, miR-54a was found to regulate the EGFR by binding the 3' UTR of the EGFR transcript athre difernt sites. When miR-54a or miR-648 was treated to cancer celines having the resitance to Erlotinb or Gefitnib, miRNAs wer shown to induce the apoptosi efectively at low concentration of miRNAs. The miRNAs in the form of SAMiRNAs wer evaluated in animal models. The sense strand of SAMiRNA was modifed to increase the structural stabilty. The new version of the SAMiRNA was tested in orthotpic or xenograft lung cancer animal model. SAMiRNA was proven to efectively supres the tumor compared to non-treated group. In adtion, no toxic efect was detcted at 30 mpk injection of SAMiRNA.
Expected Contribution : There was no precedent of miRNA-based medicine, but the supriority in terms of eficacy and safety would be expected to be proved. It is also expected to provide an alternative to develop medicines for the disease of no medicine, and to play pivotal roles in the newly created market. The results of the research could be aplied to other types of cancers having EGFR mutation, although the curent research was caried out in lung cancer model. Therefore, it is highly expected to be utilized to develop anti-cancer drugs of other types of cancers, to.