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乳がん細胞株におけるサリノマイシンのメカニズムに関するトランスクリプトーム解析による洞察：ダサチニブとの相乗効果とエストロゲン受容体βの誘導
Transcriptomic insight into salinomycin mechanisms in breast cancer cell lines: synergistic effects with dasatinib and induction of estrogen receptor β.
PMID: 32678032 DOI: 10.1186/s12885-020-07134-3.
抄録
背景:
腫瘍は自然界では不均一な細胞集団であり、様々な変異および／または表現型を持つ異なる細胞集団で構成されています。癌の進行に遭遇した場合、単一の薬剤を使用することは一般的に効果がない。治療成績を向上させるためには、抗腫瘍効果を高め、薬剤耐性化のリスクを最小限に抑えるために、特徴的なメカニズムを持ちながらも相補的な抗がん作用を持つ複数の薬剤（併用療法）が使用されることが多い。ここでは、サリノマイシン（ポリエーテル系抗生物質）とダサチニブ（Srcキナーゼ阻害剤）の相乗効果について報告する。
BACKGROUND: Tumors are heterogeneous in nature, composed of different cell populations with various mutations and/or phenotypes. Using a single drug to encounter cancer progression is generally ineffective. To improve the treatment outcome, multiple drugs of distinctive mechanisms but complementary anticancer activities (combination therapy) are often used to enhance antitumor efficacy and minimize the risk of acquiring drug resistance. We report here the synergistic effects of salinomycin (a polyether antibiotic) and dasatinib (a Src kinase inhibitor).
方法:
両薬は機能的には、細胞周期停止、細胞内活性酸素種（iROS）産生、アポトーシスを誘導する。我々は、両薬剤の活性が重複することで、Src-STAT3軸を垂直方向に阻害するか、複数の経路を水平方向に抑制することで、抗がん作用が増強されると合理的に推論した。我々は、これらの薬剤の組み合わせによって誘発される毒性を決定し、蛍光イメージングとフローサイトメトリーを用いてiROS産生の速度論を研究した。RNA-sequencing（RNA-seq）、逆転写-定量的ポリメラーゼ連鎖反応（RT-qPCR）、ウェスタンブロットなどのゲノムおよびプロテオミクス技術を用いて、薬剤の組み合わせの相乗効果に寄与する責任ある経路を同定しました。
METHODS: Functionally, both drugs induce cell cycle arrest, intracellular reactive oxygen species (iROS) production, and apoptosis. We rationalized that an overlapping of the drug activities should offer an enhanced anticancer effect, either through vertical inhibition of the Src-STAT3 axis or horizontal suppression of multiple pathways. We determined the toxicity induced by the drug combination and studied the kinetics of iROS production by fluorescence imaging and flow cytometry. Using genomic and proteomic techniques, including RNA-sequencing (RNA-seq), reverse transcription-quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR), and Western Blot, we subsequently identified the responsible pathways that contributed to the synergistic effects of the drug combination.
結果:
本薬は、いずれかの薬剤単独と比較して、MDA-MB-468、MDA-MB-231、MCF-7ヒト乳がん（BC）細胞株および腫瘍スフェロイドに対して高い効力を示しました。また、本薬は、2段階の速度論的プロファイルに従って、時間依存的にiROSの生成とアポトーシスを誘導することが示されました。RNA-seqデータから、本薬は複数の経路を水平方向に抑制することで相乗効果を発揮することが明らかになった。これは、エストロゲンが介在するS期進入経路を介してG1/S期の細胞周期停止を促進し、部分的にはBRCA1およびDNA損傷応答経路を介している可能性がある。
RESULTS: Compared to either drug alone, the drug combination showed enhanced potency against MDA-MB-468, MDA-MB-231, and MCF-7 human breast cancer (BC) cell lines and tumor spheroids. The drug combination induces both iROS generation and apoptosis in a time-dependent manner, following a 2-step kinetic profile. RNA-seq data revealed that the drug combination exhibited synergism through horizontal suppression of multiple pathways, possibly through a promotion of cell cycle arrest at the G1/S phase via the estrogen-mediated S-phase entry pathway, and partially via the BRCA1 and DNA damage response pathway.
結論:
トランスクリプトーム解析の結果、エストロゲンが介在するS期への移行経路が、本薬の相乗効果に部分的に寄与していることが初めて明らかになりました。さらに重要なことは、E2F2などの新たな治療標的の発見や、現在のところ標的治療法がないトリプルネガティブ乳がん治療のための新規薬剤誘発性エストロゲン受容体β（ESR2）ターゲティング法の発見につながったことです。
CONCLUSION: Transcriptomic analyses revealed for the first time, that the estrogen-mediated S-phase entry pathway partially contributed to the synergistic effect of the drug combination. More importantly, our studies led to the discoveries of new potential therapeutic targets, such as E2F2, as well as a novel drug-induced targeting of estrogen receptor β (ESR2) approach for triple-negative breast cancer treatment, currently lacking of targeted therapies.