The synergistic effect of disulfiram with cisplatin in atypical teratoid/rhabdoid tumors (AT/RT)

Abstract

소아 악성 뇌종양 비정형ᆞ유기형간상종양에서 다이설피람과 시스플라틴 병용투여의 시너지 효과

비정형ᆞ유기형간상종양 (Atypical teratoid/rhabdoid tumor, AT/RT) 은 일반적으로 3세 미만의 어린이에게 생기는 악성 종양으로 효과적인 치료법이 없는 실정이다. AT/RT에 대한 기존의 항암요법들은 독성 때문에 고농도로 처리가 어렵고 이런 항암요법에 반응하지 않거나 저항성을 가지고 있는 암줄기세포들로 인해 치료의 한계에 봉착해 있다. 우리는 이전 연구에서 AT/RT 세포에서 암줄기세포 표지자로 알려져 있는 알데하이드탈수소효소 (Aldehyde dehydrogenase, ALDH)의 활성도가 높은 세포들이 존재하는 것을 확인하였고 ALDH 억제제인 다이설피람을 이용한 치료법에 대한 연구를 진행해왔다. 본 연구에서는 AT/RT 치료법의 향상을 위해 암줄기세포를 표적화 할 수 있는다이설피람 와 기존의 항암제 cisplatin의 병용투여에 대한 효과 및 그 기전을 밝히고자 하였다. 우리는 2종류의 AT/RT 환자 유래 1차 배양 세포와 2종류의 확립된 세포주를 사용하여 다이설피람와 cisplatin의 병용 처리하여 세포 생존율 분석, ALDH enzyme activity 측정, 단백질 발현, 면역 형광 시험을 통해 in vitro 시험을 수행하였고 AT/RT 동물 모델을 이용하여 in vivo live imaging을 실시하고 종양의 크기 및 장기 생존율에 대해 분석하였다. 그 결과 다이설피람 와 cisplatin을 병용 처리하게 되면 시너지 항암 효과가 나타나는 것이 관찰되었다. 다이설피람 와 cisplatin 병용 처리는 C-jun과 ATF3 단백질 발현을 조절하여 PARP를 활성화시켜 세포 사멸을 훨씬 더 효과적으로 유발시킬 수 있다는 것을 입증하였다. 뿐만 아니라 AT/RT 동물모델에 병용투여시 종양 크기는 감소시키고 장기생존율을 증가시키는 것을 확인할 수 있었다. 결론적으로, 본 연구는 다이설피람 와 cisplatin의 병용치료 요법은 기존의 화학요법으로는 치료가 어려운 AT/RT에 대한 새로운 치료 전략으로 사용될 수 있음을 제시한다.

Atypical teratoid/rhabdoid tumor (AT/RT) is the most malignant tumor of the central nervous system that generally occurs in children under three years of age. There is no effective chemotherapy to treat most AT/RT patients. Brain tumors have a small subpopulation of cells called cancer stem cells that do not respond to or are resistant to conventional anticancer drugs. In our previous studies, we observed the high expression of aldehyde dehydrogenase (ALDH), a stem cell marker in AT/RT cells. Based on this, we confirmed the anticancer effect of disulfiram, which is an ALDH inhibitor. Herein, we investigated the drug interaction between disulfiram and cisplatin against AT/RT cells in vitro and in vivo. Patient-derived primary cultured cells (SNUH.AT/RT09 and SNUH.AT/RT11) and established cell lines (BT12 and BT16) were utilized for in vitro experiments. The combination effects of disulfiram with cisplatin was confirmed by cell viability, followed by the confirmation of drug interaction via isobologram. Further experiments include flow cytometry, ELISA, and immunofluorescence analysis. The mechanism of action was identified by western blot analysis. Tumor volumes and survival rates were analyzed via bioluminescence live imaging in an AT/RT orthotopic xenograft mouse model to verify in vivo therapeutic effects. Our results demonstrate the anti-cancer effects with the combination of disulfiram and cisplatin in both in vitro and in vivo. The drug combination significantly inhibited the cell viability and showed synergism, confirmed by isobologram analysis and also reduced ALDH enzyme activity of all AT/RT cells. The combination of disulfiram and cisplatin has shown to modulate pDNA-PKcs, γH2Ax and ATF3 protein expression to activate PARP and thus induce apoptosis much more effectively. Importantly, the combination of disulfiram with cisplatin resulted in decreased tumor volume as indicated via IHC staining and increased long term survival rate in AT/RT animal models. Our study suggests that disulfiram and cisplatin combination has a synergistic effect, which affects ATF3 within the cells leading to cellular apoptosis via cleaved PARP mechanism. This combination can be used as a novel treatment strategy for AT/RT, which is difficult to treat with conventional chemotherapy.