HSP90 저해제로서 Deguelin 링 절단 단순유도체의 연구

Abstract

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HSP90 저해제로서 Deguelin 링 절단 단순유도체의 연구

Heat Shock Protein 90 (이하 HSP90)은 분자량이 약 90 KDa 정도에 해당하는 분자 샤페론으로, 클라이언트 단백질을 구조적으로 변형하여 기능을 나타내게 하거나 안정성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. HSP90의 클라이언트 단백질으로는 ErbB2, Src, c-MET, AKT, Raf-1, MMP-2 등 다양한 암과 관련된 단백질들이 존재하며 그 중 혈관신생(Angiogenesis)의 유발과 관련된 인자인 HIF-1(Hypoxia-Inducible Factor-1)을 주목하였다. 1-10 HIF-1은 저산소 상태에서 세포가 생존하기 위해 발현되는 혈관신생, 성장, 당대사, 세포의 전이 및 침윤 등의 신호에 관련된 유전자들을 조절하는 전사인자이다. HIF-1은 구조적으로 볼 때, 산소 농도에 관계없이 지속적으로 존재하는 β subunit과 산소 농도에 의해 조절되는 α subunit 의 heterodimer로 존재한다. 정상 산소상태에서 HIF-1α는 proline잔기의 hydroxylation, VHL complex 매개를 통한 유비퀴틴화 및 proteasome에 의한 분해경로를 통해 분해되는 반면, 저 산소 상태에서 HIF-1α는 HSP90 에 의해 그 구조가 안정화된 후 핵 안으로 이동하여 VEGF(Vascular Endothelial Growth Factor) 등 혈관신생에 관한 유전자들을 과발현 시켜 세포의 생존을 돕게 한다. 이러한 기전을 이용하여 저산소 상태에서 암세포가 생존하게 되며 이는 곧, 특정 저분자물질로 HSP90을 차단하게 되면 HIF-1α의 안정성을 저해하게 되고 혈관신생의 경로를 차단할 수 있어서 결과적으로 항암효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 11-25 더불어 기존 HSP90 저해제의 단점인 HSR(Heat Shock Response) 등의 유도를 막기 위해 N-term 영역이 아닌 새로운 C-term 영역의 ATP 바인딩 영역을 차단하게 되면 효과적으로 단점을 줄이고 물성을 개선한 화합물을 만들 수 있을 것이라는 점이 부각되고 있다. 6,7 선행 연구에서 천연물인 Deguelin으로부터 화합물의 단순화를 위한 고리 절단화 전략을 통해 효과적인 선도 화합물이 도출된바 있으며, 이 화합물이 HSP90 C-terminal의 차단을 통해 효과적으로 HIF-1α의 기능을 차단하고 이를 통해 H1299 세포의 성장을 저해함을 확인한 바 있다. 이 화합물들을 기반으로 기존 Deguelin 및 유도체들이 가지고 있는 문제점인 불용해성, 독성, 물질의 불안정성 등을 개선하여 더 나은 약효 활성 및 물성을 가지는 화합물을 설계 하였다. 더불어 다양한 골격을 추가하여 비슷한 골격에서 같은 문제가 생길 수 있는 가능성을 미리 제거할 수 있도록 시도하였다. 8, 26-28 효과적인 설계를 위해 우리는 선도화합물을 3가지 영역으로 나누어 최적화를 시행하였다. 물성개선을 위해 극성을 가지는 치환체를 도입하거나, 링을 도입하거나 혹은 bioisostere를 도입하는 전략을 통해 활성을 개선하고자 시도하였다. 합성된 화합물들은 1차적인 스크리닝을 위해 western blot assay 방법을 이용하여 HIF-1α 의 발현을 차단하는 정도를 확인하였고 나아가 이 중 효과적인 화합물들은 항암활성을 확인하고자 cell viability, proliferation and migration assay 등을 수행하였으며 기전을 확인하는 실험도 수행하였다. 효과적인 설계를 위하여 우리는 선도화합물을 A, B, C의 3가지 영역으로 나누었으며 각 영역에 대한 여러 modification을 시도하였다. 9,10

주요어 : HSP90 저해제, C-terminal, HIF-1α, 저산소상태, Deguelin, 혈관신생, 항암효과

학번 : 2010-21678

Abstract Synthesis and Biological Evaluation of Ring-Truncated Deguelin Derivatives as Heat Shock Protein 90 (HSP90) Inhibitors

Ho Shin Kim College of Pharmacy Pharmaceutical Chemistry The Graduate School Seoul National University

Hypoxia Inducible Factor-1 (HIF-1) is the transcription factor that regulates cellular response for the survival of cells upon hypoxia. In hypoxia, HIF-1 can induce angiogenesis, proliferation, metastasis and invasion of cancer cells. HIF-1 protein is a heterodimer that consists of a constitutively expressed β subunit and an oxygen-regulated α subunit. HSP90 is a molecular chaperone that regulates the posttranslational folding, stability and function of its client proteins such as HIF-1α. Inhibition of this chaperone can induce decomposition of HIF-1α, so it is considered as an effective and novel therapeutic target against angiogenesis-associated diseases, including cancer. Previously, compounds 1 and 2, ring-truncated Deguelin analogues, were reported to exhibit excellent HIF-1α suppression and potent cell growth inhibition in H1299 cells, probably by binding to the C-terminus of HSP90.1 In order to optimize their potency and physiochemical properties as potential anticancer agents, we have systemically modified the three pharmacophoric elements of these leads using bioisosteric substitution and ring formation approaches. The synthesized compounds were evaluated for HIF-1α inhibition by western blot analysis. The anticancer activity of the optimized inhibitors was further characterized in assays for cell viability, proliferation and migration.

Keywords : HSP90 inhibitor, C-terminal, HIF-1α, hypoxia, Deguelin, angiogenesis, anti-cancer Student Number : 2010-21678