Mechanism of Lapatinib Resistance in SK-BR-3 Breast Cancer Cells

Abstract

Human epithelial growth factor receptor 2 (HER2), a receptor tyrosine kinase, is considered as an important therapeutic target in breast cancer. Lapatinib is an effective tyrosine kinase inhibitor targeting EGFR and HER2 signal cascade. It has been approved for patients with HER2-positive metastatic breast cancer. Since majority of patients eventually acquire resistance, understanding the mechanism of lapatinib resistance remains a challenge. In this study, lapatinib-resistant (LR) SK-BR-3 cells were established and characterized to understand the mechanism of resistance to lapatinib. LR cells showed an epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) phenotype with expression of cancer stem cell markers and molecules associated with TGF-β, leading to increases of cell migration and invasion. On the other hand, RUNX3, a transcription factor well known as a tumor suppressor that could control cell migration and invasion through regulation of molecules associated with EMT, was down-regulated in LR cells. Replication stress was increased in LR cells. DNA damage repair capacity was enhanced and DNA damage response (DDR) mediated molecules were up-regulated in LR cells. Replication stress induced activation of DDR pathway and attenuated cytotoxicity of lapatinib in HER2-positive breast cancer cell lines. Collectively, these data suggest that activation of DDR pathway caused by replication stress contributes to resistance to lapatinib.

인간 상피 성장인자 수용체 2 (HER2) 는 HER2 양성 유방암 환자에서 중요한 치료 표적이다. EGFR과 HER2를 표적으로 한 lapatinib은 효과적인 tyrosine kinase 억제제로, HER2 양성 전이성 유방암 환자 치료제이나, 일정기간 사용한 후에는 내성이 발생하므로 lapatinib에 대한 내성 기전에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 lapatinib 내성 SK-BR-3세포주 (LR)를 수립하고 lapatinib 내성을 이해하기 위해 LR세포주의 특성을 분석하였다. LR세포주에서 암 줄기세포 마커와 세포의 이동성과 침윤능을 증가시키는 TGF-β 신호전달에 관여하는 단백질들의 발현과 함께 epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) 현상이 확인되었다. 반면에 EMT에 관여하는 단백질의 발현을 조절하여 세포 이동과 침윤을 조절하는 암 억제 유전자로 알려진 전사인자 RUNX3의 발현은 LR 세포주에서 감소하였다. 다음으로, LR 세포주에서 복제 스트레스가 증가한 것을 관찰하였다. LR 세포주에서 DNA 손상 복구 관련 단백질들의 발현이 증가함으로 인해 DNA 손상 복구능이 증가하였음을 확인하였다. HER2 양성 유방암세포에서 복제 스트레스가 DNA 손상 반응 신호전달을 활성화하고 lapatinib에 대한 세포독성을 약화시키는 것을 확인하였다. 이러한 결과들을 통해서 복제 스트레스에 의한 DNA 손상 복구 반응의 활성화가 lapatinib 내성에 기여한다는 것을 확인하였다.