KR102388998B1 - Method and system for predicting sensitizer for overcoming cancer drug resistance - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존의 in vivo 및 in vitro 방식이 아닌 in silico(컴퓨터 모델) 방식을 사용, 대규모 분자 네트워크 및 환자의 전사체 데이터를 기반으로 환자의 내성 관련 유전자와 내성 기전을 추출하고, 추출한 내성 기전에 효과적으로 작용하여 내성이 발생하기 이전의 상태로 되돌릴 수 있는 최적의 항암 효과를 가진 민감제(sensitizer)를 예측하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법을 이용할 경우 항암제의 내성을 극복하고 다시 민감하게 반응하게 하기 위한 최적의 항암 효과를 가지는 민감제를 선별할 수 있어 실험적인 검증을 거친 후 정밀의학시대의 도래에 따른 맞춤형 치료에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.The present invention uses an in silico (computer model) method rather than the conventional in vivo and in vitro methods, extracts the patient's resistance-related genes and resistance mechanisms based on a large-scale molecular network and patient's transcript data, and extracts the extracted resistance mechanism It relates to a method for predicting a sensitizer with an optimal anticancer effect that can effectively act on the drug and return it to the state before the development of resistance. When the method of the present invention is used, it is possible to select a sensitizer having an optimal anticancer effect to overcome resistance to anticancer drugs and to react sensitively again. will be able to be used.

Description

항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 전산학적 방법 및 이를 위한 시스템{Method and system for predicting sensitizer for overcoming cancer drug resistance}Computational method and system for predicting a sensitizer for overcoming the resistance of anticancer drugs {Method and system for predicting sensitizer for overcoming cancer drug resistance}

본 발명은 항암제 내성을 극복하기 위한 민감제를 예측하는 방법(discovery of sensitizers to overcome cancer drug resistance, SOCAR)에 관한 것으로, 구체적으로 대규모 분자 네트워크와 환자의 전사체 데이터를 이용하여 환자의 잠재적 내성 유전자와 내성 기전을 추출하고, 최적의 약효를 나타내는 민감제(sensitizer)를 예측하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method (discovery of sensitizers to overcome cancer drug resistance, SOCAR) for overcoming anticancer drug resistance, and specifically, a patient's potential resistance gene using a large-scale molecular network and the patient's transcript data It relates to a method for extracting and tolerance mechanisms and predicting a sensitizer that exhibits optimal drug efficacy.

암은 여러 가지 원인들에 의해 세포가 비정상적으로 증식 및 성장을 거듭함으로써 발생하는 것으로 알려져 있다. 이러한 원인들에는 화학적 발암 물질에의 노출, 발암 바이러스의 감염 및 선천적인 유전자 이상 등이 포함된다. 그러나 근본적으로 이러한 원인들은 모두 세포 내 유전자들의 이상을 유발하는 것들이다. 정상적인 세포는 암 유전자(oncogene), 암 억제 유전자(tumor suppressor gene) 및 세포사멸 조절 유전자(apoptosis regulating gene)들의 기능이 상호 보완적으로 조절되어 조화롭게 성장하고 유지된다. 암 유전자는 정상적으로는 세포의 성장과 분화에 필수적인 유전자로서, 단백질 합성 촉진 및 세포 내 신호 전달 등의 역할을 수행하여 세포의 증식 및 성장에 기여하지만 돌연변이가 일어나면 과다한 세포 증식을 유도하여 암을 유발하는데 기여하는 것으로 알려져 있다. 암은 전세계적으로 순환기계 질환 다음으로 높은 사망 원인으로, 암 치료를 위한 연구가 광범위하게 수행되고 있으며, 현재까지 알려진 암 치료 방법으로는 수술, 방사선 요법, 항암 화학 요법, 면역요법, 및 유전자치료법 등이 있다. It is known that cancer is caused by abnormal proliferation and growth of cells due to various causes. These causes include exposure to chemical carcinogens, infection with oncogenic viruses, and congenital genetic abnormalities. However, fundamentally, all these causes are those that cause abnormalities in genes in cells. In normal cells, the functions of oncogenes, tumor suppressor genes, and apoptosis regulating genes are complementarily regulated to grow and maintain harmoniously. Oncogenes are normally essential for cell growth and differentiation, and contribute to cell proliferation and growth by promoting protein synthesis and transducing intracellular signals. known to contribute. Cancer is the second leading cause of death worldwide after circulatory disease, and research for the treatment of cancer has been extensively conducted. etc.

항암 화학 요법에 사용되는 항암제는 암세포의 발육이나 증식을 억제하는 약물이다. 크게 세포독성항암제, 표적항암제, 면역항암제로 분류되며, 암의 종류나 진행 정도, 환자의 상태 등에 따라 항암제를 선택하고 효과를 높이기 위해 2가지 이상의 약제를 동시에 사용하는 복합 항암화학요법이 사용되기도 한다. 1세대 항암제로 알려져 있는 세포독성항암제는 무분별하고 빠르게 분화하는 세포를 직접 공격하여 항암효과를 가진다. 다만, 빠르게 분화하는 특성을 가진 정상세포(예, 골수의 조혈모세포, 모근세포, 장내 점막세포 등)들도 세포독성항암제에 의해 공격받기 때문에 백혈구 감소, 탈모, 구토, 설사 등의 부작용을 일으키는 단점이 있다. 2세대 항암제로 알려져 있는 표적항암제는 암세포에 나타나는 특정 단백질이나 특정 유전자 변화에 작용하여 암의 성장과 분화에 관여하는 신호전달을 차단한다. 세포독성항암제와는 달리 정상세포에는 작용하지 않으며 암세포에만 특이적으로 작용하여 부작용이 적은 편이다. Anticancer drugs used in chemotherapy are drugs that inhibit the growth or proliferation of cancer cells. It is largely classified into cytotoxic anticancer drugs, targeted anticancer drugs, and immune anticancer drugs. Composite chemotherapy is used in which two or more drugs are used simultaneously to select anticancer drugs according to the type of cancer, the degree of progression, and the condition of the patient, and to increase the effect. . Cytotoxic anticancer drugs, known as first-generation anticancer drugs, have anticancer effects by directly attacking indiscriminate and rapidly differentiated cells. However, since normal cells with rapid differentiation characteristics (eg, bone marrow hematopoietic stem cells, hair follicle cells, intestinal mucosal cells, etc.) are also attacked by cytotoxic anticancer drugs, side effects such as leukocyte reduction, hair loss, vomiting, and diarrhea occur. There is this. Targeted anticancer drugs, known as second-generation anticancer drugs, act on specific proteins or specific gene changes that appear in cancer cells to block signal transduction involved in cancer growth and differentiation. Unlike cytotoxic anticancer drugs, it does not act on normal cells and has only a small number of side effects as it specifically acts on cancer cells.

그러나 항암 화학 요법을 사용하는데 장애가 되는 요소 중 하나는 항암제 내성을 일으킨다는 점이다. 암환자에 대한 항암화학요법이 성공하기 위해서는 정상조직이 살아남을 수 있는 혈중농도에서 암세포가 살해되어야 하는데, 항암제에 대한 약제내성은 암세포를 죽일 수 있는 혈중농도에 도달할 수 있는 양의 항암제를 투여했음에도 불구하고 암세포가 죽지 않는 경우를 말한다. 항암제 내성은 환자 개개인에 따라 다를 수 있으며 심지어 같은 조직으로부터 유래된 종양들 사이의 유전적 차이 등을 포함한 다양한 인자들에 의해 유발될 수 있다. 한 환자로부터 유래된 각각의 암세포들은 다른 유전적 특성을 획득할 수 있으며 ‘돌연변이현상'에 의해 유전자 발현의 다양성뿐만 아니라 종양유발인자의 활성화와 종양억제인자의 불활성화 등을 보이게 된다. 그 결과 모든 암은 다른 패턴으로 항암제내성유전자를 발현하며, 하나의 암 덩어리 안에 있는 세포들은 약제내성에 대한 다양성을 획득하게 된다. 또한 종양들이 특정 항암치료에 기본적으로 내성을 가지고 있지 않더라도 일단 항암제에 노출되면 이런 다양성을 바탕으로 선별적으로 내성세포들이 자라나게 되고 결국 많은 암세포들이 빠르게 항암제 내성을 가지게 된다. 이러한 경우에 세포내 또 다른 표적물질들을 갖는 다수의 약제들을 사용하면 효과적으로 치료할 수 있고 완치율을 높일 수 있다. 그러나 많은 경우에 있어서 세포들은 구조적으로나 기능적으로 완전히 다른 약제들에 대해서 동시에 내성을 보이곤 한다. 이러한 현상을 다중 약물 내성(MDR, multi drug resistance)이라고 하며 항암제의 제한적인 흡수, 증가된 방출 또는 세라마이드와 같은 막 지질들의 변화 등을 통해 세포내 약제의 축적을 제한함으로써 유발된다. 다중 약물 내성은 대부분의 항암제에 의해 유도되는 세포 사멸(apoptosis)을 저해하고, DNA 손상의 복구와 약제의 비독성화를 유발시키며 세포주기를 변화시킴으로서 세포에 항암제에 대한 내성을 추가로 부여할 수 있다. However, one of the obstacles to the use of chemotherapy is the development of resistance to anticancer drugs. In order for chemotherapy to be successful for cancer patients, cancer cells must be killed at a blood concentration that allows normal tissues to survive. It is a case in which cancer cells do not die despite this. Anticancer drug resistance may vary from patient to patient, and may even be induced by various factors, including genetic differences between tumors derived from the same tissue. Each cancer cell derived from a single patient can acquire different genetic characteristics, and by 'mutation', not only gene expression diversity, but also activation of tumor-inducing factors and inactivation of tumor suppressors are shown. As a result, all cancers express anticancer drug resistance genes in different patterns, and cells in one cancer mass acquire diversity for drug resistance. In addition, even if tumors are not inherently resistant to specific chemotherapy, once exposed to chemotherapy, resistant cells selectively grow based on this diversity, and eventually many cancer cells quickly become resistant to chemotherapy. In this case, if a number of drugs having other intracellular target substances are used, it can be effectively treated and the cure rate can be increased. In many cases, however, cells are simultaneously resistant to structurally and functionally completely different agents. This phenomenon is called multi-drug resistance (MDR) and is caused by limiting the accumulation of intracellular drugs through limited absorption, increased release, or changes in membrane lipids such as ceramides. Multi-drug resistance inhibits apoptosis induced by most anticancer drugs, causes DNA damage repair, drug detoxication, and changes the cell cycle, thereby conferring additional resistance to anticancer drugs to cells. .

따라서, 이러한 다중 약물 내성을 극복하기 위하여 항암제에 대한 내성을 감소시킬 수 있는 민감제(sensitizer)의 개발이 필요한 실정이다. 항암 민감제(sensitizer)는 항암 화학 요법에 대한 암세포 민감도를 높여 기존 항암제의 약제 내성을 극복하고 보다 효율적으로 암세포를 죽일 수 있도록 돕는 역할을 한다. 즉, 기존의 항암제와 같이 투여하여 내성을 극복하고 다시 항암 치료에 민감하게 반응할 수 있도록 하는 것이다. 민감제(sensitizer)에 관련된 선행 연구로는 doxorubicin에 내성을 갖는 유방암 세포주는 resveratrol에도 내성을 보이고, 이를 극복하기 위해 resveratrol을 함께 투여한 경우, 암세포의 성장이 억제되는 것을 확인하여 resveratrol이 민감제로서 역할을 하는 것을 확인한 것과(Kim, Tae Hyung, et al. "Resveratrol enhances chemosensitivity of doxorubicin in multidrug-resistant human breast cancer cells via increased cellular influx of doxorubicin." Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects 1840. 1(2014): 615-625.), foretinib에 내성을 갖는 비소세포암 세포에서 Gefitinib, Erlotinib, Trastuzumab을 각각 함께 투여한 경우, 암세포의 성장이 억제되는 것을 확인하여 상기 세 가지 항암제가 민감제로서의 역할을 하는 것을 확인한 것이 있다(Liu, Li, et al. "Novel mechanism of lapatinib resistance in HER-2 positive breast tumor cells: activation of AXL." Cancer research 69. 17(2009): 6871-6878.).Therefore, there is a need to develop a sensitizer capable of reducing resistance to anticancer agents in order to overcome such multi-drug resistance. Anti-cancer sensitizers increase the sensitivity of cancer cells to chemotherapy to overcome drug resistance of existing anti-cancer drugs and help them kill cancer cells more efficiently. In other words, it is administered like existing anticancer drugs to overcome resistance and to react sensitively to anticancer treatment again. In previous studies related to sensitizers, breast cancer cell lines resistant to doxorubicin also showed resistance to resveratrol, and to overcome this, when resveratrol was administered together, cancer cell growth was inhibited. Confirmed to play a role (Kim, Tae Hyung, et al. "Resveratrol enhances chemosensitivity of doxorubicin in multidrug-resistant human breast cancer cells via increased cellular influx of doxorubicin." Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects 1840. 1 (2014): 615-625.), when Gefitinib, Erlotinib, and Trastuzumab were administered together in foretinib-resistant non-small cell carcinoma cells, it was confirmed that cancer cell growth was inhibited. (Liu, Li, et al. "Novel mechanism of lapatinib resistance in HER-2 positive breast tumor cells: activation of AXL." Cancer research 69. 17 (2009): 6871-6878.).

기존 항암제의 내성을 극복하기 위한 최적의 효과를 가지는 민감제(sensitizer)를 찾기 위해서는 항암제의 내성 기전을 분석하는 것이 중요하다. 그러나 항암제 내성 기전은 다양하고, 동시에 복합적으로 관찰될 수 있다. 즉, 동일한 질병에 걸린 환자들도 동일한 항암제에 대해 서로 다른 내성 기전을 가지므로 내성 기전에 기반한 민감제(sensitizer)는 개인 맞춤 방식으로 제안되어야 한다. 현재까지 수행되어온 in vitro 와 in vivo 실험을 통해 진행되는 wet-experiment 방법은 항암제의 내성을 극복할 수 있는 민감제(sensitizer)를 찾는 데에 있어 정확하고 신뢰할 수 있는 결과를 제공한다. 하지만 개개인 암환자의 다양한 내성기전을 모두 분석하기 어렵고, 스크리닝을 통해 가장 유력한 약물을 선별할 때 노동력, 시간 및 비용의 측면에서 테스트해 볼 수 있는 민감제는 극히 제한적이므로 최적의 효과를 나타내는 민감제(sensitizer)를 발견하기 어려운 한계가 있다. In order to find a sensitizer with an optimal effect to overcome resistance to existing anticancer drugs, it is important to analyze the resistance mechanism of anticancer drugs. However, anticancer drug resistance mechanisms are diverse and can be observed simultaneously. That is, since patients with the same disease have different resistance mechanisms to the same anticancer agent, a sensitizer based on the resistance mechanism should be proposed in a personalized way. The wet-experiment method carried out through in vitro and in vivo experiments performed so far provides accurate and reliable results in finding a sensitizer that can overcome resistance to anticancer drugs. However, it is difficult to analyze all the various resistance mechanisms of individual cancer patients, and when selecting the most potent drug through screening, the sensitizers that can be tested in terms of labor, time, and cost are extremely limited. There is a limit in which it is difficult to detect a sensitizer.

따라서 본 발명자들은 기존의 in vivo 및 in vitro 방식이 아닌 in silico(컴퓨터 모델) 방식을 사용, 대규모 분자 네트워크 및 환자의 전사체 데이터를 기반으로 환자의 잠재적 내성 유전자와 내성 기전을 추출하고, 추출한 내성 기전에 효과적으로 작용하여 내성이 발생하기 이전의 상태로 되돌릴 수 있는 최적의 항암 효과를 가진 민감제(sensitizer)를 예측하는 방법을 완성하였다. Therefore, the present inventors used an in silico (computer model) method rather than the existing in vivo and in vitro methods to extract potential resistance genes and resistance mechanisms of patients based on large-scale molecular networks and patient transcript data, and extracted resistance A method for predicting a sensitizer with an optimal anticancer effect that can effectively act on the mechanism and return to the state prior to the occurrence of resistance has been completed.

본 발명의 목적은 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 전산학적 방법을 이용해 효율적으로 예측할 수 있는 수단을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a means for efficiently predicting a sensitizer for overcoming the resistance of an anticancer drug using a computational method.

상기 목적을 달성하기 위해, In order to achieve the above purpose,

본 발명은 암에 대한 내성이 발생하기 전과 후를 비교하여 발현이 변화한 유전자(differentially expressed genes, DEG)를 추출하는 단계(단계 1);The present invention comprises the steps of extracting differentially expressed genes (DEG) by comparing before and after the onset of resistance to cancer (step 1);

상기 DEG의 발현 변화에 따라 단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)를 추출하는 단계(단계 2);extracting the genes (activity change genes, ACG) whose protein activity changes according to the change in the expression of the DEG (step 2);

상기 DEG와 ACG를 합하여 잠재적 내성 유전자(potential resistance genes, PRG)를 추출하는 단계(단계 3);extracting potential resistance genes (PRG) by combining the DEG and ACG (step 3);

상기 잠재적 내성 유전자(PRG) 중 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)를 추출하는 단계(단계 4); extracting resistance mechanism genes (RMG) from among the potential resistance genes (PRG) (step 4);

상기 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)에 후보 민감제가 미치는 영향을 수치화하는 단계(단계 5); 및quantifying the effect of a candidate sensitizer on the resistance mechanism genes (RMG) (step 5); and

상기 후보 민감제의 잠재적 민감제 수치(potential sensitizer score, PSS)를 계산하는 단계(단계 6); 를 포함하는 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 전산학적 방법을 제공한다.calculating a potential sensitizer score (PSS) of the candidate sensitizer (step 6); It provides a computational method for predicting a sensitizer for overcoming the resistance of an anticancer agent, including

또한, 본 발명은 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 전산학적 방법을 실행시키기 위한 명령들을 포함하는 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 매체를 제공한다.In addition, the present invention provides a computer-readable medium storing a program including instructions for executing a computational method for predicting a sensitizer for overcoming resistance to an anticancer drug.

또한, 본 발명은Also, the present invention

암에 대한 내성이 발생하기 전과 후를 비교하여 발현이 변화한 유전자(differentially expressed genes, DEG)를 추출하는 모듈;a module for extracting differentially expressed genes (DEG) by comparing before and after the onset of resistance to cancer;

상기 DEG의 발현 변화에 따라 단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)를 추출하는 모듈;a module for extracting activity change genes (ACG) whose protein activity changes according to the change in the expression of the DEG;

상기 DEG와 ACG를 합하여 잠재적 내성 유전자(potential resistance genes, PRG)를 추출하는 모듈;a module for extracting potential resistance genes (PRG) by combining the DEG and ACG;

상기 잠재적 내성 유전자(PRG) 중 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)를 추출하는 모듈; a module for extracting resistance mechanism genes (RMG) from among the potential resistance genes (PRG);

상기 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)에 후보 약물이 미치는 영향을 수치화하는 수치분석모듈; 및a numerical analysis module for quantifying the effect of a candidate drug on the resistance mechanism genes (RMG); and

상기 후보 약물의 잠재적 민감제 수치 (potential sensitizer score, PSS)를 계산하는 모듈; 을 포함하는 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 시스템을 제공한다.a module for calculating a potential sensitizer score (PSS) of the candidate drug; It provides a system for predicting a sensitizer for overcoming the resistance of an anticancer agent comprising a.

본 발명을 이용할 경우 항암제의 내성을 극복하고 다시 민감하게 반응하게 하기 위한 최적의 항암 효과를 가지는 민감제를 선별할 수 있다. 본 발명을 통해 확인된 최적의 항암 효과를 가지는 민감제(sensitizer)는 실험적인 검증을 거쳐 정밀의학시대의 도래에 따른 맞춤형 치료에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.When the present invention is used, it is possible to select a sensitizer having an optimal anticancer effect in order to overcome the resistance of the anticancer agent and to react sensitively again. The sensitizer having the optimal anticancer effect identified through the present invention may be usefully utilized for customized treatment according to the advent of the precision medicine era through experimental verification.

도 1은 발현이 변화한 유전자(differentially expressed genes, DEG)의 추출을 나타낸 도이다.
도 2는 발현이 변화한 유전자(differentially expressed genes, DEG)와 단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)를 분자 네트워크상에 표시하고 가장 많은 개수의 PRG가 포함되어 있는 그룹을 선택하여 주요 내성 기전(major resistance mechanism)으로 추출한 도이다.
도 3a는 후보 약물이 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)에 미치는 영향을 RWR 알고리즘을 사용하여 나타낸 도이다.
도 3b는 노란색으로 표시한 내성 기전 유전자에 대한 RWR 확률 점수 값을 나타낸 도이다.
도 4는 후보 약물에 대해 각 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)의 RWR 확률 점수를 더하여 잠재적 민감제 수치(potential sensitizer score, PSS)를 도출한 도이다.
도 5는 민감제(sensitizer) 예측에 사용된 후보 약물을 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 모델(SOCAR)과 공지된 모델(KsRepo)의 AUROC 값을 나타낸 도이다.
도 7은 상위 20개의 후보 민감제의 Anatomical Therapeutic Chemical Classification(ATC) 코드를 나타낸 도이다.
도 8은 모든 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)의 GO term enrichment analysis를 수행한 것으로, 상위 5가지 후보 민감제가 영향을 크게 미치는 내성 기전 유전자를 분석한 도이다.
도 9는 selixipag과 axitinib의 민감 기전(sensitization mechanism)을 나타낸 도이다.
도 10은 12종류의 후보 민감제(sensitizer)의 세포 생존능을 각 실험군별로 측정한 도이다.
control(대조군) : 아무것도 처리하지 않은 MCF/TAMR 세포주
Tamoxifen 1㎛ : MCF/TAMR 세포주에 타목시펜 1㎛을 처리한 군
Sensitizer : MCF/TAMR 세포주에 각 후보 민감제(sensitizer) 5㎛을 처리한 군
Tamoxifen 1㎛ + Sensitizer : MCF/TAMR 세포주에 타목시펜 1㎛ 및 각 후보 민감제(sensitizer) 5㎛을 처리한 군
1 is a diagram illustrating the extraction of differentially expressed genes (DEG).
2 shows differentially expressed genes (DEG) and protein activity change genes (ACG) on a molecular network by selecting the group containing the largest number of PRGs. It is a diagram extracted as a major resistance mechanism.
3A is a diagram illustrating the effect of a candidate drug on resistance mechanism genes (RMG) using the RWR algorithm.
Figure 3b is a diagram showing the RWR probability score value for the resistance mechanism gene indicated in yellow.
4 is a diagram illustrating a potential sensitizer score (PSS) derived by adding the RWR probability score of each resistance mechanism genes (RMG) to a candidate drug.
5 is a diagram showing a candidate drug used for prediction of a sensitizer.
6 is a diagram showing the AUROC values of the model (SOCAR) and the known model (KsRepo) of the present invention.
7 is a diagram showing Anatomical Therapeutic Chemical Classification (ATC) codes of the top 20 candidate sensitizers.
FIG. 8 is a diagram illustrating GO term enrichment analysis of all resistance mechanism genes (RMG), and analysis of resistance mechanism genes significantly affected by the top five candidate sensitizers.
9 is a diagram showing the sensitization mechanism of selixipag and axitinib.
10 is a diagram illustrating the cell viability of 12 candidate sensitizers measured for each experimental group.
control (control): untreated MCF/TAMR cell line
Tamoxifen 1㎛: MCF/TAMR cell line treated with tamoxifen 1㎛
Sensitizer: MCF/TAMR cell line treated with 5 μm of each candidate sensitizer
Tamoxifen 1㎛ + Sensitizer: MCF/TAMR cell line treated with tamoxifen 1㎛ and each candidate sensitizer 5㎛

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 암에 대한 내성이 발생하기 전과 후를 비교하여 발현이 변화한 유전자(differentially expressed genes, DEG)를 추출하는 단계(단계 1);The present invention comprises the steps of extracting differentially expressed genes (DEG) by comparing before and after the onset of resistance to cancer (step 1);

상기 DEG의 발현 변화에 따라 단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)를 추출하는 단계(단계 2);extracting the genes (activity change genes, ACG) whose protein activity changes according to the change in the expression of the DEG (step 2);

상기 DEG와 ACG를 합하여 잠재적 내성 유전자(potential resistance genes, PRG)를 추출하는 단계(단계 3);extracting potential resistance genes (PRG) by combining the DEG and ACG (step 3);

상기 잠재적 내성 유전자(PRG) 중 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)를 추출하는 단계(단계 4); extracting resistance mechanism genes (RMG) from among the potential resistance genes (PRG) (step 4);

상기 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)에 후보 민감제(sensitizer)가 미치는 영향을 수치화하는 단계(단계 5); 및quantifying the effect of a candidate sensitizer on the resistance mechanism genes (RMG) (step 5); and

상기 후보 민감제의 잠재적 민감제 수치 (potential sensitizer score, PSS)를 계산하는 단계(단계 6); 를 포함하는 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 전산학적 방법을 제공한다.calculating a potential sensitizer score (PSS) of the candidate sensitizer (step 6); It provides a computational method for predicting a sensitizer for overcoming the resistance of an anticancer agent, including

상기 단계 1의 발현이 변화한 유전자(differentially expressed genes, DEG)는 항암제에 민감한 암 세포와 항암제 내성 세포의 전사체 데이터를 비교하여 mRNA의 발현이 변화하는 유전자(differentially expressed genes, DEG)일 수 있다.The differentially expressed genes (DEG) of step 1 may be differentially expressed genes (DEG) whose mRNA expression is changed by comparing transcript data of cancer cells sensitive to anticancer drugs and anticancer drug-resistant cells. .

상기 단계 1의 암은 유방암, 방광암, 자궁 경부암, 담관 세포암, 만성 골수성 백혈병 (Chronic Myelogenous Leukemia, CML), 대장암, 식도암, 위암, 간암, 비소 세포 폐암 (Non-Small-Cell Lung Carcinoma, NSCLC), 림프종, 골육종, 난소암, 췌장암, 전립선암, 신장암 및 소세포 폐암 (Small-Cell Lung Carcinoma, SCLC)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The cancer of stage 1 is breast cancer, bladder cancer, cervical cancer, bile duct cell cancer, chronic myelogenous leukemia (CML), colorectal cancer, esophageal cancer, stomach cancer, liver cancer, non-small cell lung cancer (Non-Small-Cell Lung Carcinoma, NSCLC) ), lymphoma, osteosarcoma, ovarian cancer, pancreatic cancer, prostate cancer, kidney cancer, and small cell lung cancer (Small-Cell Lung Carcinoma, SCLC) may be any one selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

상기 단계 2의 단백질의 활성이 변화하는 유전자(ACG)는 분자 네트워크(molecular network)로부터 추출되는 것일 수 있다. 네트워크는 일련의 점들(노드)과 이들 점을 연결하는 선(에지)으로 구성된 것으로, 상기 분자 네트워크는 생체 시스템 내에서 일어날 수 있는 생물학적 요소간의 상호 작용, 즉 생물학적 사건을 포함하는 네트워크를 의미한다. 분자 네트워크상에서 핵산, 단백질, 작은 분자(small molecule), 화학물질(chemical) 또는 대사체 등이 노드(node)를 구성하며, 에지(edge)는 상기 구성 요소를 연결하는 방향성이 있는 선으로서 이들 간의 상호 작용(interaction)을 나타낸다. The gene (ACG) in which the activity of the protein of step 2 is changed may be extracted from a molecular network. A network is composed of a series of points (nodes) and lines (edges) connecting these points. The molecular network refers to a network including interactions between biological elements that can occur in a biological system, that is, a biological event. In a molecular network, nucleic acids, proteins, small molecules, chemicals, or metabolites constitute a node, and an edge is a directional line connecting the elements, and is a line between them. Represents an interaction.

상기 노드(node)는 유전자를 포함한 핵산, 단백질, 작은 분자(small molecule), 화학물질(chemical) 및 대사체 등일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 분자 네트워크는 생체 내 요소들 간의 물리적으로 유도된 상호 작용(physically directed interaction) 네트워크일 수 있으며, 구체적으로는 신호 전달 네트워크(signaling network) 또는 발현 조절 네트워크(regulatory network)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The node may be a nucleic acid including a gene, a protein, a small molecule, a chemical, a metabolite, and the like, but is not limited thereto. The molecular network may be a physically directed interaction network between elements in a living body, and specifically may be a signaling network or an expression regulatory network, but is not limited thereto. does not

상기 분자 네트워크는 유전자와 단백질 간, 단백질 간의 물리적으로 유도된 상호 작용 정보를 제공하는 데이터베이스로부터 추출되는 것이거나, 입력 수단을 통해 직접 입력된 것일 수 있다. 상기 입력 수단은 키보드, 스캐너, 터치패드, 바코드입력기, 마우스, 타블렛, 트랙볼, 전자펜 및 디지털카메라로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 데이터를 입력할 수 있는 한 이에 제한되지 않는다. 상기 데이터베이스는 KEGG pathway, SIGNOR 또는 TRANSFAC인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. The molecular network may be extracted from a database that provides information on physically induced interaction between genes and proteins, or may be directly input through an input means. The input means may be any one selected from the group consisting of a keyboard, a scanner, a touchpad, a barcode input device, a mouse, a tablet, a trackball, an electronic pen, and a digital camera, and is not limited thereto as long as it can input data. The database is preferably a KEGG pathway, SIGNOR or TRANSFAC, but is not limited thereto.

상기 단계 2의 단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)는 상류(upstream)의 발현이 변화하는 유전자(differentially expressed genes, DEG)로 인해, 코딩하는 단백질의 활성이 변하는 유전자이다. 즉, 단백질의 활성이 변화하는 유전자(ACG) 자체의 mRNA 발현 변화는 유의하지 않아 발현이 변화하는 유전자(DEG)로 추출되지 않지만, 상류 발현이 변화하는 유전자(DEG)의 mRNA 발현 변화가 하류 유전자의 단백질 활성도에 영향을 미칠 수 있고, 상기 단백질 활성도의 변화가 항암제 내성에 영향을 미칠 수 있다는 가정에 기초한 것이다. The activity change genes (ACG) of the step 2 are genes in which the activity of the encoding protein is changed due to differentially expressed genes (DEG) upstream. That is, the change in the mRNA expression of the gene (ACG) whose protein activity is changed is not significant, so it is not extracted as the gene (DEG) whose expression changes, but the change in the mRNA expression of the gene (DEG) whose upstream expression changes is a downstream gene. It is based on the assumption that it can affect the protein activity of, and that the change in the protein activity can affect the anticancer drug resistance.

상기 단계 4의 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)는 주요 내성 기전(major resistance mechanism) 경로 내에 존재하는 유전자이다. 상기 주요 내성 기전은 상기 단계 3의 잠재적 내성 유전자(potential resistance genes, PRG)를 분자 네트워크 내에 매핑(mapping)하고, 연결되지 않은 구성(uncombined component)을 제외한 후 가장 많은 개수의 PRG가 포함되어 있는 그룹(largest connected component)을 추출하여 결정할 수 있다. 즉, 상기 단계 3의 잠재적 내성 유전자(PRG)는 분자 네트워크 상 에서 여러 개의 독립적인 그룹을 이루고, 가장 많은 개수의 PRG가 포함되어 있는 그룹을 선택하여 추출한 것이 주요 내성 기전(major resistance mechanism)이며, 주요 내성 기전 경로 내의 유전자들이 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)로 결정된다. 이는 동일한 질병과 관계된 단백질들은 서로 상호 작용하며 네트워크 상 에서 군집을 이루는 경향성이 있다는 선행연구를 바탕으로, 질병 뿐 아니라 내성 기전에서도 동일한 경향을 보일 것이라는 가정에 기초한 것이다.The resistance mechanism genes (RMG) of step 4 are genes present in the major resistance mechanism pathway. The main resistance mechanism maps the potential resistance genes (PRG) of step 3 in the molecular network, and after excluding uncombined components, the group containing the largest number of PRGs (largest connected component) can be extracted and determined. That is, the potential resistance gene (PRG) of step 3 forms several independent groups on the molecular network, and the major resistance mechanism is to select and extract the group containing the largest number of PRGs, Genes in the major resistance mechanism pathways are determined as resistance mechanism genes (RMG). This is based on the assumption that proteins related to the same disease interact with each other and tend to form clusters in a network, based on the assumption that they will show the same tendency not only in diseases but also in resistance mechanisms.

상기 단계 5의 내성 기전 유전자에 후보 민감제가 미치는 영향의 수치화는 하기의 수학식 1의 RWR 알고리즘을 사용하여 계산할 수 있다. Random walk with Restart(RWR) 알고리즘은 랜덤 워크 기반 랭킹 기법으로, 랜덤 워크는 그래프 상에서 시작 노드를 기점으로 무작위로 주변 간선을 선택하여 이웃 노드로 움직이는 것을 말한다. 상기 랜덤 워크를 통해 반복적으로 무한히 이동하다 보면 각 노드를 방문할 확률(probability)이 나오게 된다. 시작 노드에는 랜덤 워커(random walker)가 존재하는데 랜덤 워커는 연결된 다른 노드로 일정 확률로 이동 할 수 있다. 본 발명의 랜덤 워커는 약물 표적(drug target)에서 시작하여 반복적으로 현재 노드에서 인접한 노드로 이동한다. 이 과정에서 매 움직임마다 재시작 확률(restart probability, r)을 가지고 이동을 반복한다. 따라서 상기 RWR 알고리즘을 적용하면 각 내성 기전 유전자들의 RWR 확률 점수를 계산할 수 있다. The quantification of the effect of the candidate sensitizer on the resistance mechanism gene of step 5 can be calculated using the RWR algorithm of Equation 1 below. Random walk with Restart (RWR) algorithm is a random walk-based ranking technique. Random walk refers to moving to a neighboring node by randomly selecting a neighboring edge from a starting node on a graph. If the random walk repeatedly moves infinitely, a probability of visiting each node is obtained. A random walker exists in the starting node, and the random walker can move to other connected nodes with a certain probability. The random walker of the present invention starts from a drug target and repeatedly moves from a current node to an adjacent node. In this process, the movement is repeated with a restart probability (r) for every movement. Therefore, by applying the RWR algorithm, it is possible to calculate the RWR probability score of each resistance mechanism gene.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112019079353607-pat00001
Figure 112019079353607-pat00001

(

Figure 112019079353607-pat00002
: 분자 네트워크에 대한 정규화 된 인접 매트릭스,
Figure 112019079353607-pat00003
: 재시작(restart) 확률,
Figure 112019079353607-pat00004
: 시작 벡터,
Figure 112019079353607-pat00005
: 확률 벡터,
Figure 112019079353607-pat00006
:RWR 시뮬레이션의 결과)(
Figure 112019079353607-pat00002
: normalized adjacency matrix for molecular networks,
Figure 112019079353607-pat00003
: restart probability,
Figure 112019079353607-pat00004
: start vector,
Figure 112019079353607-pat00005
: probability vector,
Figure 112019079353607-pat00006
:Result of RWR simulation)

상기 단계 6의 잠재적 민감제 수치(potential sensitizer score)는 하기 수학식 2로 계산할 수 있다.The potential sensitizer score of step 6 can be calculated by Equation 2 below.

Figure 112019079353607-pat00007
Figure 112019079353607-pat00007

(

Figure 112019079353607-pat00008
: 후보약물,
Figure 112019079353607-pat00009
: 각 유전자의 RWR 확률 점수(RWR probability score),
Figure 112019079353607-pat00010
: 내성 약물,
Figure 112019079353607-pat00011
: 내성 기전 유전자(resistance mechanism gene)들의 집합)(
Figure 112019079353607-pat00008
: Candidate drug,
Figure 112019079353607-pat00009
: RWR probability score of each gene,
Figure 112019079353607-pat00010
: resistant drugs;
Figure 112019079353607-pat00011
: A set of resistance mechanism genes)

상기 단계 5의 방법으로 도출된 각 내성 기전 유전자의 RWR 확률 점수를 계산하고, 시작 노드인 약물 표적을 제외한 RWR 확률 점수가 가장 높은 상위 5개 유전자의 RWR 확률 점수를 모두 더한 값이 잠재적 민감제 수치(potential sensitizer score, PSS)로 계산된다. 상기 잠재적 민감제 수치가 높은 후보 민감제는 항암제 내성을 극복할 수 있는 유력한 민감제일 수 있다. The RWR probability score of each resistance mechanism gene derived by the method of step 5 is calculated, and the sum of the RWR probability scores of the top 5 genes with the highest RWR probability score excluding the drug target, which is the starting node, is the potential sensitizer value. (potential sensitizer score, PSS). A candidate sensitizer with a high level of the potential sensitizer may be a potent sensitizer capable of overcoming anticancer drug resistance.

상기 단계 6 이후에는 시각화 수단을 통해 도출된 정보에 대한 시각화 데이터를 생성하는 단계 및 이를 출력 수단을 통해 시각화 데이터로 출력하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 출력 수단은 모니터, 프린터 및 플로터로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 결과물을 출력할 수 있는 어떠한 수단이어도 무방하다.After step 6, the step of generating visualization data for the information derived through the visualization means and outputting it as visualization data through the output means may be additionally included. The output means may be any one selected from the group consisting of a monitor, a printer, and a plotter, and may be any means capable of outputting a result.

또한, 본 발명은 상기 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 전산학적 방법을 실행시키기 위한 명령들을 포함하는 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 매체를 제공한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.In addition, the present invention provides a computer-readable medium in which a program containing instructions for executing a computational method for predicting a sensitizer for overcoming the resistance of the anticancer agent is stored. The computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. include In addition, the computer-readable recording medium may be distributed in network-connected computer systems to store and execute computer-readable codes in a distributed manner.

또한, 본 발명은 암에 대한 내성이 발생하기 전과 후를 비교하여 발현이 변화한 유전자(differentially expressed genes, DEG)를 추출하는 모듈;In addition, the present invention provides a module for extracting differentially expressed genes (DEG) by comparing before and after the occurrence of resistance to cancer;

상기 DEG의 발현 변화에 따라 단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)를 추출하는 모듈;a module for extracting activity change genes (ACG) whose protein activity changes according to the change in the expression of the DEG;

상기 DEG와 ACG를 합하여 잠재적 내성 유전자(potential resistance genes, PRG)를 추출하는 모듈;a module for extracting potential resistance genes (PRG) by combining the DEG and ACG;

상기 잠재적 내성 유전자(PRG) 중 상호 연관성이 높은 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)를 추출하는 모듈; a module for extracting highly correlated resistance mechanism genes (RMG) from among the potential resistance genes (PRG);

상기 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)에 후보 약물이 미치는 영향을 수치화하는 수치분석모듈; 및a numerical analysis module for quantifying the effect of a candidate drug on the resistance mechanism genes (RMG); and

상기 후보 약물의 잠재적 민감제 수치 (potential sensitizer score, PSS)를 계산하는 모듈; 을 포함하는 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 시스템을 제공한다.a module for calculating a potential sensitizer score (PSS) of the candidate drug; It provides a system for predicting a sensitizer for overcoming the resistance of an anticancer agent comprising a.

상기 시스템은 분자 네트워크를 컴퓨터 입력 수단을 통해 입력하는 입력 모듈을 추가적으로 포함할 수 있으며, 또한, 상기 모듈들에 의해 도출된 정보에 대한 시각화 데이터를 생성하는 모듈 및 이를 시각화 데이터로 출력하는 출력 모듈을 추가적으로 포함할 수 있다.The system may additionally include an input module for inputting the molecular network through a computer input means, and a module for generating visualization data for information derived by the modules and an output module for outputting it as visualization data may additionally be included.

상기 입력 모듈은 키보드, 스캐너, 터치패드, 바코드입력기, 마우스, 타블렛, 트랙볼, 전자펜 및 디지털카메라로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 데이터를 입력할 수 있는 한 이에 제한되지 않는다.The input module may be any one selected from the group consisting of a keyboard, a scanner, a touchpad, a barcode input device, a mouse, a tablet, a trackball, an electronic pen, and a digital camera, and is not limited thereto as long as it can input data.

상기 출력 모듈은 모니터, 프린터 및 플로터로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 결과물을 출력할 수 있는 어떠한 수단이어도 무방하다.The output module may be any one selected from the group consisting of a monitor, a printer, and a plotter, and may be any means capable of outputting a result.

본 발명의 구체적 실시예에서, 환자의 전사체 데이터를 비교하여 발현이 변화하는 유전자(DEG)를 추출하고, 대규모 분자 네트워크를 구축하여 단백질의 활성이 변화하는 유전자(ACG)를 추출하여 잠재적 내성 유전자(PRG)를 선별하였다. 분자 네트워크 내에서 가장 많은 개수의 잠재적 내성 유전자(PRG)가 포함되어 있는 그룹(largest connected component)을 추출하여 이를 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)로 선별하고, 후보 민감제가 내성 기전 유전자에 미치는 영향을 수치화하고 가장 수치가 높은 민감제를 선별하여 이의 기전을 분석하였다. 본 발명의 민감제 예측 모델은 공지된 유사한 모델보다 성능이 우수하다는 장점이 있다. 이에 본 발명의 방법은 정밀의학 시대의 개인 맞춤형 약물 처방을 위한 항암제 내성 극복용 민감제(sensitizer) 예측 및 검증에 효과적으로 활용될 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, a gene (DEG) whose expression is changed by comparing the patient's transcript data is extracted, and a gene (ACG) whose protein activity is changed by constructing a large-scale molecular network is extracted to generate a potential resistance gene (PRG) was selected. The group (largest connected component) containing the largest number of potential resistance genes (PRGs) in the molecular network is extracted and selected as resistance mechanism genes (RMG), and the effect of candidate sensitizers on resistance mechanism genes The effect was quantified, and the sensitizer with the highest level was selected and its mechanism was analyzed. The sensitizer prediction model of the present invention has the advantage that the performance is superior to that of a known similar model. Accordingly, the method of the present invention can be effectively used for predicting and verifying a sensitizer for overcoming anticancer drug resistance for personalized drug prescription in the age of precision medicine.

이하 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of Examples.

단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples only illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.

<< 실시예Example 1> 항암제 내성을 극복하기 위한 1> To overcome anticancer drug resistance 민감제sensitizer (sensitizer) 예측 모델의 설계(sensitizer) design of predictive model

사례 연구를 통해 전체 유방암 중 80%를 차지하는 ER-양성 유방암을 표적 질병으로 선택하였다. ER-양성 유방암의 치료에 가장 광범위하게 사용되는 항암제인 타목시펜(tamoxifen)은 항암 효과가 뛰어나지만, 장기간 투여로 인해 40%의 ER-양성 유방암 환자들에게 약물 내성을 유발하는 것으로 알려져 있다. 본 발명에서는 ER-양성 유방암에서 타목시펜 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 하기 실시예의 방법으로 예측하였다.Through the case study, ER-positive breast cancer, which accounts for 80% of all breast cancers, was selected as the target disease. Tamoxifen, the most widely used anticancer drug for the treatment of ER-positive breast cancer, has excellent anticancer effects, but is known to induce drug resistance in 40% of ER-positive breast cancer patients due to long-term administration. In the present invention, a sensitizer for overcoming tamoxifen resistance in ER-positive breast cancer was predicted by the method of Examples below.

<1-1> 발현이 변화하는 유전자(differentially expressed genes, DEG)의 추출<1-1> Extraction of differentially expressed genes (DEG)

8종류의 타목시펜에 민감한 MCF7 유방암 세포주(Tamoxifen-sensitive MCF7 cell line)와 3종류의 타목시펜 내성 MCF7 유방암 세포주(Tamoxifen-resistant MCF7 cell line)의 전사체 데이터를 비교하여 mRNA의 발현이 변화하는 유전자(differentially expressed genes, DEG)를 추출하였다. 상기 전사체 데이터는 Gene Expression Omnibus 데이터베이스(NCBI acc. number : GSE67916)에서 수집하였다. 발현이 유의하게 변화하는 DEG를 선별하기 위해, 유전자 발현의 변화를 분석할 수 있는 R 언어의 LIMMA 패키지와 컷오프 기준(cutoff criterion)으로 False Discovery Rate(FDR) threshold를 사용하여 FDR 값이 0.05 미만인 유전자를 추출하였다. By comparing transcriptome data of 8 types of tamoxifen-sensitive MCF7 cell line and 3 types of tamoxifen-resistant MCF7 cell line, genes with differentially expressed mRNA were compared. expressed genes, DEG) were extracted. The transcriptome data were collected from the Gene Expression Omnibus database (NCBI acc. number: GSE67916). In order to select DEGs with significantly changed expression, genes with an FDR value of less than 0.05 using the LIMMA package in R language that can analyze the change in gene expression and False Discovery Rate (FDR) threshold as a cutoff criterion. was extracted.

그 결과, 전체 11969개의 유전자들 중 타목시펜 내성 유방암 세포에서 801개의 발현이 변화하는 유전자(differentially expressed genes, DEG)를 추출하였다(도 1). As a result, 801 differentially expressed genes (DEG) were extracted from tamoxifen-resistant breast cancer cells among 11,969 genes ( FIG. 1 ).

<1-2> 분자 네트워크의 설계<1-2> Molecular network design

세 종류의 공개 데이터베이스(KEGG pathway, SINOR, TRANSFAC)로부터 분자 네트워크(molecular network)를 추출하였다. 분자 네트워크는 신호 전달 네트워크(signaling network)와 발현 조절 네트워크(regulatory network)로 구분하여 설계하였다. 신호 전달 네트워크(signaling network)는 KEGG pathway와 SIGNOR 데이터베이스로부터 유래한 인간 단백질 사이의 물리적으로 유도된 상호작용(physically directed interaction)으로 구성되고, 발현 조절 네트워크(regulatory network)는 KEGG pathway, SIGNOR 데이터베이스, TRANSFAC로부터 유래한 인간 단백질과 인간 유전자 사이의 물리적으로 유도된 상호작용(physically directed interaction)으로 구성된다. Molecular networks were extracted from three public databases (KEGG pathway, SINOR, and TRANSFAC). The molecular network was designed by dividing it into a signaling network and an expression regulatory network. The signaling network consists of physically directed interactions between the KEGG pathway and human proteins derived from the SIGNOR database, and the regulatory network consists of the KEGG pathway, the SIGNOR database, and TRANSFAC. It consists of a physically directed interaction between human proteins and human genes derived from

신호 전달 네트워크와 발현 조절 네트워크를 설계하는데 사용된 KEGG pathway는 각 pathway에 해당하는 KEGG Markup Language(KGML) 파일을 다운받아 R studio 에서 KEGG graph 패키지를 이용하여 데이터를 전처리한 후 사용하였다. KEGG에서 제공하는 pathway들 중 일곱 가지의 타입(activation, inhibition, phosphorylation, dephosphorylation, glycosylation, ubiquitination, methylation)을 사용하여 신호 전달 네트워크를 추출하였고, 두 가지의 타입(expression, repression)으로 발현 조절 네트워크를 추출하였다. The KEGG pathway used to design the signal transduction network and expression control network was used after downloading the KEGG Markup Language (KGML) file corresponding to each pathway and pre-processing the data using the KEGG graph package in R studio. Among the pathways provided by KEGG, the signal transduction network was extracted using seven types (activation, inhibition, phosphorylation, dephosphorylation, glycosylation, ubiquitination, methylation), and the expression control network was divided into two types (expression, repression). extracted.

SIGNOR 데이터베이스는 단백질, 화학물질(chemical), 작은 분자(small molecule) 같은 다양한 종류의 분자들 간 상호작용을 포함하고, 각각의 분자 상호작용은 각각의 기전을 갖는다. 따라서, 기전 종류에 따른 상호작용(transcriptional regulation, transcriptional activation, transcriptional inhibition)을 추출하여 발현 조절 네트워크(regulatory network)를 설계하였다. 또한, phosphorylation과 ubiquitination과 같은 다른 기전 종류와 함께 단백질간의 상호작용을 추출하여 신호 전달 네트워크(signaling network)를 설계하였다. 아울러, 발현 조절 네트워크는 TRANSFAC도 함께 사용하여 추출하였다. The SIGNOR database includes interactions between various types of molecules such as proteins, chemicals, and small molecules, and each molecular interaction has a respective mechanism. Therefore, an expression regulatory network was designed by extracting interactions (transcriptional regulation, transcriptional activation, and transcriptional inhibition) according to the type of mechanism. In addition, a signaling network was designed by extracting the interactions between proteins along with other mechanisms such as phosphorylation and ubiquitination. In addition, the expression control network was also extracted using TRANSFAC.

그 결과, 6910개의 단백질 또는 유전자 간의 42344개의 신호 전달 상호 작용(signaling interaction), 발현 조절 상호작용(regulatory interaction)으로 구성된 대규모 분자 네트워크를 구축하였다. As a result, a large-scale molecular network consisting of 42344 signaling interactions and regulatory interactions between 6910 proteins or genes was constructed.

<1-3> 단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)의 추출<1-3> Extraction of activity change genes (ACG)

상기 실시예 1-1의 발현이 변화하는 유전자(DEG)를 추출하는 것만으로는 내성에 관련된 유전자를 모두 고려할 수 없으므로, 단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)를 추가로 추출하였다.Since all genes related to resistance cannot be considered only by extracting the gene (DEG) whose expression changes in Example 1-1, genes (activity change genes, ACG) with protein activity change were additionally extracted. .

단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)란 그 유전자의 mRNA 발현 변화는 유의하지 않지만, 상류(upstream)의 발현이 변화하는 유전자(DEG)가 코딩하는 단백질의 활성이 변화되어, 그 신호 전달 관계로 인해 하류(downstream)의 단백질의 활성이 변화하는 유전자이다. 즉, ACG가 코딩하는 단백질의 변화된 활성이 내성을 일으킬 수 있는 가능성이 있다는 가정 하에 상기 유전자를 추출하였다. Genes whose protein activity changes (activity change genes, ACG) mean that the change in mRNA expression of the gene is insignificant, but the activity of the protein encoded by the gene (DEG) whose expression upstream is changed is changed, It is a gene whose activity of a downstream protein is changed due to a signal transduction relationship. That is, the gene was extracted under the assumption that there is a possibility that the altered activity of the ACG-encoding protein may cause resistance.

상기 실시예 1-2에서 구축한 4620개 단백질 간의 27067개의 신호 전달 상호작용(signaling interaction)으로 구성된 신호 전달 네트워크(signaling network)에 상기 실시예 1-1에서 추출한 801개의 발현이 변화하는 유전자(DEG)를 대응시킨결과, 211개의 발현이 변화하는 유전자(DEG)가 매핑(mapping)되었다. 211개의 DEG 하류(downstream)의 단백질의 활성이 변화하는 유전자(ACG)를 추출하였고, 이 유전자들은 상기 실시예 1-1에서는 추출되지 않았던 것들이다.Genes (DEGs) with 801 expression changes extracted in Example 1-1 in a signaling network consisting of 27067 signaling interactions between 4620 proteins constructed in Example 1-2 ), 211 genes (DEGs) whose expression changes were mapped. Genes (ACGs) in which the activity of proteins downstream of 211 DEGs are changed were extracted, and these genes were not extracted in Example 1-1.

그 결과, 670개의 단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)를 추출하였고, AKT, PI3K, EGFR 및 CTNNB1 유전자는 발현이 변화하는 유전자(DEG)에서는 추출되지 않았지만 단백질의 활성이 변화하는 유전자(ACG)로 추출되었다. 타목시펜은 18개의 표적에 결합하는 것으로 알려져 있고, 이 중 1개는 DEG, 9개는 ACG로 타목시펜의 표적 유전자와 겹친다. 따라서, 상기 결과는 타목시펜의 작용 기전에 나타나는 조절 장애(dysregulation)가 약물 내성과 관련이 있을 가능성을 제시한다(도 2).As a result, activity change genes (ACG) were extracted from 670 proteins, and AKT, PI3K, EGFR and CTNNB1 genes were not extracted from genes whose expression changes (DEG), but were was extracted as a gene (ACG). Tamoxifen is known to bind to 18 targets, of which 1 is DEG and 9 is ACG, overlapping the target genes of tamoxifen. Therefore, the above results suggest the possibility that dysregulation appearing in the mechanism of action of tamoxifen is related to drug resistance (FIG. 2).

<1-4> 잠재적 내성 유전자(potential resistance genes, PRG)의 추출<1-4> Extraction of potential resistance genes (PRG)

상기 실시예 1-1에서 추출한 801개의 발현이 변화하는 유전자(differentially expressed genes, DEG)와 상기 실시예 1-3에서 추출한 670개의 단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)를 합하여 총 1471개의 잠재적 내성 유전자(potential resistance genes, PRG)를 추출하였다(도 2). The 801 differentially expressed genes (DEG) extracted in Example 1-1 and the 670 protein activity change genes (ACG) extracted in Example 1-3 were combined to give a total 1471 potential resistance genes (PRG) were extracted (FIG. 2).

<1-5> 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)의 추출<1-5> Extraction of resistance mechanism genes (RMG)

질병과 관련된 유전자 및 단백질들은 서로 상호 작용하며 네트워크 군집을 형성하는 경향이 있다는 연구결과를 바탕으로(Barabasi, A. -L., Gulbahce, N. & Loscalzo, J. Network medicine: a network-based approach to human disease. Nature reviews genetics 12, 56 (2011)), 질병 뿐 아니라 내성 기전에서도 동일한 경향성을 보일 것이라고 가정하였다. Based on the research results that disease-related genes and proteins interact with each other and tend to form network clusters (Barabasi, A. -L., Gulbahce, N. & Loscalzo, J. Network medicine: a network-based approach) to human disease. Nature reviews genetics 12, 56 (2011)), hypothesized that the same tendency would be exhibited not only in disease but also in resistance mechanisms.

구체적으로, 상기 실시예 1-2에서 구축한 분자 네트워크에서 상기 실시예 1-4의 잠재적 내성 유전자(potential resistance genes, PRG)만을 추출하였다. 추출한 PRG는 분자 네트워크 상 에서 서로 연결되어 있고, 여러 개의 독립적인 그룹들로 존재한다. 이 때 각 그룹 내의 PRG들은 서로 연결되어 있으며 가장 많은 개수의 PRG가 포함되어 있는 그룹(largest connected component)을 선택하여 추출하고, 이를 주요한 내성 기전(major resistance mechanism)으로 간주하였다. 상기 주요한 내성 기전(major resistance mechanism)은 877개의 PRG, 즉 220개의 DEG와 657개의 ACG로 구성되어 있으며, 877개의 PRG를 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)라고 명명하였다(도 3a). Specifically, only the potential resistance genes (PRG) of Examples 1-4 were extracted from the molecular network constructed in Examples 1-2. The extracted PRGs are connected to each other on the molecular network and exist as several independent groups. At this time, the PRGs in each group are connected to each other and the group (largest connected component) containing the largest number of PRGs was selected and extracted, and this was regarded as the major resistance mechanism. The major resistance mechanism consists of 877 PRGs, that is, 220 DEGs and 657 ACGs, and 877 PRGs were named resistance mechanism genes (RMG) (FIG. 3a).

또한, 타목시펜 내성에 관련된 생물학적 기전(biological process)을 추출하기 위해 상기 내성 기전 유전자들의 GO term enrichment analysis(Eden, E., Navon, R., Steinfeld, I., Lipson, D., & Yakhini, Z. (2009). GOrilla: a tool for discovery and visualization of enriched GO terms in ranked gene lists. BMC Bioinformatics, 10(1), 48.)를 수행하였다. 4354개의 생물학적 기전 중에서 1541개의 기전이 내성 기전 유전자(RMG)에서 관계도가 높은 것으로 나타났으며, 상위 20개의 기전을 선별하였다(표 1).In addition, in order to extract the biological process related to tamoxifen resistance, GO term enrichment analysis of the resistance mechanism genes (Eden, E., Navon, R., Steinfeld, I., Lipson, D., & Yakhini, Z) (2009), GOrilla: a tool for discovery and visualization of enriched GO terms in ranked gene lists. BMC Bioinformatics, 10(1), 48.) was performed. Among 4354 biological mechanisms, 1541 mechanisms showed a high degree of relationship in the resistance mechanism gene (RMG), and the top 20 mechanisms were selected (Table 1).

순위ranking 생물학적 기전 (Gene ontology term)Gene ontology term False Discovery Rate(FDR)False Discovery Rate (FDR) 1One neurotrophin signaling pathway (GO:0038179)neurotrophin signaling pathway (GO:0038179) 1.37E-871.37E-87 22 neurotrophin TRK receptor signaling pathway (GO:0048011)neurotrophin TRK receptor signaling pathway (GO:0048011) 3.07E-863.07E-86 33 positive regulation of kinase activity (GO:0033674)positive regulation of kinase activity (GO:0033674) 7.51E-747.51E-74 44 response to peptide (GO:1901652)response to peptide (GO:1901652) 7.51E-747.51E-74 55 cellular response to nitrogen compound (GO:1901699)cellular response to nitrogen compound (GO:1901699) 2.24E-702.24E-70 66 immune response-regulating cell surface receptor signaling pathway (GO:0002768)immune response-regulating cell surface receptor signaling pathway (GO:0002768) 1.09E-691.09E-69 77 response to peptide hormone (GO:0043434)response to peptide hormone (GO:0043434) 1.09E-691.09E-69 88 cellular response to organonitrogen compound (GO:0071417)cellular response to organonitrogen compound (GO:0071417) 4.14E-684.14E-68 99 cellular response to hormone stimulus (GO:0032870)cellular response to hormone stimulus (GO:0032870) 1.87E-661.87E-66 1010 fibroblast growth factor receptor signaling pathway (GO:0008543)fibroblast growth factor receptor signaling pathway (GO:0008543) 1.25E-641.25E-64 1111 response to fibroblast growth factor (GO:0071774)response to fibroblast growth factor (GO:0071774) 1.13E-631.13E-63 1212 epidermal growth factor receptor signaling pathway (GO:0007173)epidermal growth factor receptor signaling pathway (GO:0007173) 1.52E-631.52E-63 1313 positive regulation of protein kinase activity (GO:0045860)positive regulation of protein kinase activity (GO:0045860) 1.92E-631.92E-63 1414 cellular response to fibroblast growth factor stimulus (GO:0044344)cellular response to fibroblast growth factor stimulus (GO:0044344) 1.92E-631.92E-63 1515 ERBB signaling pathway (GO:0038127)ERBB signaling pathway (GO:0038127) 6.35E-636.35E-63 1616 blood coagulation (GO:0007596)blood coagulation (GO:0007596) 1.46E-621.46E-62 1717 coagulation (GO:0050817)coagulation (GO:0050817) 1.46E-621.46E-62 1818 hemostasis (GO:0007599)hemostasis (GO:0007599) 7.07E-627.07E-62 1919 cellular response to peptide (GO:1901653)cellular response to peptide (GO:1901653) 7.55E-627.55E-62 2020 cellular response to peptide hormone stimulus (GO:0071375)cellular response to peptide hormone stimulus (GO:0071375) 1.38E-601.38E-60

<1-6> 후보 민감제(sensitizer)의 선택<1-6> Selection of candidate sensitizers

후보 민감제를 예측하기 위해 후보 약물이 내성 기전 유전자(RMG)의 조절에 큰 영향을 미치면 내성이 일어나기 전의 상태로 되돌릴 수 있고, 암 세포에 대한 항암제의 민감도를 높일 수 있는 가능성이 있다고 가정하였다.In order to predict a candidate sensitizer, it was hypothesized that if the candidate drug has a significant effect on the regulation of the resistance mechanism gene (RMG), it can return to the state before resistance occurs and there is a possibility of increasing the sensitivity of the anticancer agent to cancer cells.

이 가정 하에서 하기 수학식 1의 Random Walk with Restart(RWR) 알고리즘을 사용하여 분자 네트워크 내에서 후보 민감제가 877개의 내성 기전 유전자(RMG)에 미치는 영향을 시뮬레이션 하였다(도 3a). Under this assumption, the effect of a candidate sensitizer on 877 resistance mechanism genes (RMG) in a molecular network was simulated using the Random Walk with Restart (RWR) algorithm of Equation 1 below (FIG. 3a).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112019079353607-pat00012
Figure 112019079353607-pat00012

(

Figure 112019079353607-pat00013
: 분자 네트워크에 대한 정규화 된 인접 매트릭스,
Figure 112019079353607-pat00014
: 재시작(restart) 확률,
Figure 112019079353607-pat00015
: 시작 벡터,
Figure 112019079353607-pat00016
: 확률 벡터,
Figure 112019079353607-pat00017
:RWR 시뮬레이션의 결과)(
Figure 112019079353607-pat00013
: normalized adjacency matrix for molecular networks,
Figure 112019079353607-pat00014
: restart probability,
Figure 112019079353607-pat00015
: start vector,
Figure 112019079353607-pat00016
: probability vector,
Figure 112019079353607-pat00017
:Result of RWR simulation)

상기 수학식 1에서 W 값은 신호 전달 상호작용과 발현 조절 상호작용으로 구성된 분자 네트워크에 대한 정규화된 인접 매트릭스이고, 재시작 확률인 r은 0.7로 설정하였다. 시작 벡터 P0은 시작 노드는 30으로 다른 노드는 0으로 설정하였다. 확률 벡터 Pt는 Pt+1과 Pt의 차이가 1E-05 미만이 될 때까지 반복적으로 업데이트 하였다. Pt+1은 RWR 시뮬레이션의 결과값이다. In Equation 1, the W value is a normalized adjacency matrix for a molecular network composed of a signal transduction interaction and an expression control interaction, and the restart probability r is set to 0.7. The starting vector P0 is set to 30 for the starting node and 0 for other nodes. The probability vector Pt was iteratively updated until the difference between Pt+1 and Pt was less than 1E-05. Pt+1 is the result of RWR simulation.

랜덤 워커는 약물 표적(drug target)에서 시작하여 인접한 유전자로 이동하므로, DrugBank의 약물 리스트에서 약물의 표적이 분자 네트워크에 포함되지 않은 약물은 제외하였다. 4009개의 약물들을 RWR 알고리즘으로 시뮬레이션 하였으며, 그 중에는 13개의 민감제로 알려진 약물과 3996개의 알려지지 않은 약물이 포함되어 있다(도 5). RWR 알고리즘을 수행한 후, 모든 유전자는 RWR 확률 점수를 가지고, 내성 기전 유전자들의 RWR 확률 점수를 선별하였다(도 3b). 선별한 내성 기전 유전자들의 RWR 확률 점수를 합해 0-30점의 잠재적 민감제 수치(PSS)를 하기 수학식 2로 계산하였다(도 1d). 또한, 타목시펜과 병용투여하기 위해 후보 민감제들이 효과적이고, 안전한지 확인하기 위해, DCDB와 Twosides 데이터베이스를 이용하였다. 상기 두 개의 데이터베이스는 약물을 병용투여 했을 때 부작용과, 상승(synergetic)/대립(antagonistic) 효과가 있는 약물에 대한 정보를 제공한다. Since the random walker moves from a drug target to an adjacent gene, drugs whose target is not included in the molecular network are excluded from the drug list of DrugBank. 4009 drugs were simulated with the RWR algorithm, among which 13 known sensitizers and 3996 unknown drugs were included (FIG. 5). After performing the RWR algorithm, all genes had RWR probability scores, and RWR probability scores of resistance mechanism genes were selected ( FIG. 3b ). By summing the RWR probability scores of the selected resistance mechanism genes, a potential sensitizer value (PSS) of 0-30 points was calculated by Equation 2 below (FIG. 1d). In addition, to confirm that candidate sensitizers are effective and safe for co-administration with tamoxifen, the DCDB and Twosides databases were used. The two databases provide information on side effects and drugs that have synergetic/antagonistic effects when drugs are co-administered.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112019079353607-pat00018
Figure 112019079353607-pat00018

(

Figure 112019079353607-pat00019
: 후보약물,
Figure 112019079353607-pat00020
: RWR 확률 점수(RWR probability score),
Figure 112019079353607-pat00021
: 내성 약물,
Figure 112019079353607-pat00022
: 내성 기전 유전자(resistance mechanism gene)들의 집합)(
Figure 112019079353607-pat00019
: Candidate drug,
Figure 112019079353607-pat00020
: RWR probability score,
Figure 112019079353607-pat00021
: resistant drugs;
Figure 112019079353607-pat00022
: A set of resistance mechanism genes)

그 결과, 모든 4009개의 유전자들의 잠재적 민감제 수치(PSS) 값의 평균은 7.97, 1358개의 FDA 승인 약물의 평균값은 7.72로 나타났고, 잠재적 민감제 수치(PSS)가 높은 20가지 후보 민감제를 선택하였다(도 4 및 표 2). 선택한 20가지 후보 민감제의 Anatomical Therapeutic Chemical Classification (ATC) 코드를 DrugBank 로부터 분석한 결과, 14개의 first level ATC 코드 중 9개 분류에 속한 것으로 확인되었다(도 7). DCDB와 Twosides 데이터베이스를 이용하여 분석한 결과, 20가지 후보 민감제 중에서 타목시펜과 병용 투여 하였을 때 부작용이나 상승(synergetic)/대립(antagonistic) 효과가 알려진 것은 없었다. 상기 결과에서 27위에 선정된 gefitinib과 31위에 선정된 metformin은 타목시펜 내성 세포에서 신세뇨관 산증(Renal tubular acidosis)이나 경동맥 잡음(carotid bruit)같은 부작용을 일으킬 가능성이 있는 것으로 알려져 있는 바, 20가지의 약물들은 기존 항암제와 같이 투여했을 때 부작용 없는 후보 민감제가 될 수 있는 가능성이 있다.As a result, the average of the potential sensitizer level (PSS) values of all 4009 genes was 7.97, and the average value of 1358 FDA-approved drugs was 7.72, and 20 candidate sensitizers with high PSS values were selected. (Fig. 4 and Table 2). As a result of analyzing the Anatomical Therapeutic Chemical Classification (ATC) codes of the selected 20 candidate sensitizers from DrugBank, it was confirmed that they belonged to 9 classifications among 14 first level ATC codes (FIG. 7). As a result of analysis using DCDB and Twosides database, there were no known side effects or synergetic/antagonistic effects when co-administered with tamoxifen among 20 candidate sensitizers. In the above results, gefitinib selected at 27th and metformin selected at 31st are known to have the potential to cause side effects such as renal tubular acidosis or carotid bruit in tamoxifen-resistant cells. They have the potential to become candidate sensitizers without side effects when administered together with existing anticancer drugs.

순위ranking 약물 이름drug name DrugBank IDDrugBank ID 1One Selexipagselexipag DB11362DB11362 22 AxitinibAxitinib DB06626DB06626 33 FramycetinFramycetin DB00452DB00452 44 PlerixaforPlerixafor DB06809DB06809 55 SunitinibSunitinib DB01268DB01268 66 LenvatinibLenvatinib DB09078DB09078 77 Pegademase BovinePegademase Bovine DB00061DB00061 88 RamucirumabRamucirumab DB05578DB05578 99 CinacalcetCinacalcet DB01012DB01012 1010 TirofibanTirofiban DB00775DB00775 1111 Insulin LisproInsulin Lispro DB00046DB00046 1212 Insulin GlargineInsulin Glargine DB00047DB00047 1313 AnakinraAnakinra DB00026DB00026 1414 EptifibatideEptifivatide DB00063DB00063 1515 Ado-Trastuzumab EmtansineAdo-Trastuzumab Emtansine DB05773DB05773 1616 PertuzumabPertuzumab DB06366DB06366 1717 NintedanibNintedanib DB09079DB09079 1818 ChloramphenicolChloramphenicol DB00446DB00446 1919 AfatinibAfatinib DB08916DB08916 2020 Insulin AspartInsulin Aspart DB01306DB01306

<< 실시예Example 2> 2> 민감제sensitizer 예측 모델( predictive model ( SOCARSOCAR )의 평가 및 기존 모델과의 비교) and comparison with existing models

<2-1> 민감제 예측 모델의 성능 평가<2-1> Performance evaluation of sensitizer prediction model

상기 실시예 1의 민감제 예측 모델의 성능을 평가하기 위해 Area under the receiver operating characteristic curve(AUROC)값을 비교하였다. 본 발명의 모델은 1358개의 FDA 승인 약물들에 대해 0.87의 AUROC 값을, 4009개의 모든 약물에 대해서는 0.75의 AUROC 값을 보였다. 본 발명에서 단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)를 처음으로 정의하였으므로, ACG가 민감제를 예측하는 성능에 미치는 영향을 측정하기 위해 발현이 변하는 유전자(DEG)만을 고려한 내성 기전 유전자(RMG)와 DEG와 ACG를 함께 고려한 내성 기전 유전자(RMG)의 두 경우에 AUROC 값을 비교하였다.In order to evaluate the performance of the sensitizer prediction model of Example 1, Area under the receiver operating characteristic curve (AUROC) values were compared. The model of the present invention showed an AUROC value of 0.87 for 1358 FDA-approved drugs and an AUROC value of 0.75 for all 4009 drugs. In the present invention, since activity change genes (ACG) are defined for the first time, resistance mechanism genes that consider only genes whose expression changes (DEG) in order to measure the effect of ACG on predicting performance of a sensitizer (RMG) and AUROC values were compared in two cases of resistance mechanism gene (RMG) considering both DEG and ACG.

그 결과, DEG만 고려한 RMG 모델의 AUROC 값은 FDA 승인된 약물들에 대해 0.78의 값을 보였고, DEG와 ACG 를 함께 고려한 RMG 모델의 AUROC 값은 FDA 승인된 약물들에 대해 0.87의 값을 보여, DEG와 ACG를 함께 고려한 RMG 모델의 성능이 우수한 것으로 확인되었다(도 6). As a result, the AUROC value of the RMG model considering only DEG showed a value of 0.78 for FDA-approved drugs, and the AUROC value of the RMG model considering both DEG and ACG showed a value of 0.87 for FDA-approved drugs, It was confirmed that the performance of the RMG model considering both DEG and ACG was excellent ( FIG. 6 ).

<2-2> 기존 모델과의 비교<2-2> Comparison with the existing model

항암제 내성을 극복하기 위한 민감제를 예측하는 in silico 분석 모델은 지금까지 보고된 적이 없다. 따라서, 가장 비교 가능한 모델인 KsRepo와 성능을 비교하였다.An in silico analysis model that predicts a sensitizer to overcome anticancer drug resistance has not been reported so far. Therefore, the performance was compared with the most comparable model, KsRepo.

구체적으로, KsRepo는 질병과 관련된 유전자를 입력하면 후보 약물을 점수로 출력하는 약물 재창출(drug repositioning) 모델이다. KsRepo는 개인의 질병 데이터를 기반으로 효과적인 약물을 예측할 수 있고, 개인 맞춤 방식으로 약물 효과를 예측한다는 관점에서 본 발명 모델과 목적이 유사하다. 상기 실시예 1-1의 발현이 변화하는 유전자(DEG)를 입력하고, 후보 약물로 출력된 약물을 후보 민감제로 결정하였다. Specifically, KsRepo is a drug repositioning model that outputs a candidate drug as a score when a disease-related gene is input. KsRepo can predict an effective drug based on individual disease data and has a similar purpose to the present model in terms of predicting drug effects in a personalized way. A gene (DEG) whose expression is changed in Example 1-1 was input, and a drug output as a candidate drug was determined as a candidate sensitizer.

그 결과, KsRepo의 FDA 승인 약물에 대한 AUROC 값은 0.61이었고, 모든 약물에 대한 AUROC 값은 0.63이었다. 상기 결과는 본 발명의 SOCAR 모델이 기존의 KsRepo 모델보다 우수한 성능을 보인다는 것을 제시한다(도 6).As a result, the AUROC value of KsRepo for FDA-approved drugs was 0.61, and the AUROC value for all drugs was 0.63. The above results suggest that the SOCAR model of the present invention exhibits superior performance than the existing KsRepo model (FIG. 6).

<< 실시예Example 3> 후보 3> Candidate 민감제(sensitizer)의of sensitizers 기전 분석 Mechanism analysis

<3-1> 후보 민감제의 기전 분석<3-1> Mechanism analysis of candidate sensitizers

후보 민감제로 제안된 약물들 중 FDA 승인된 약물들에 대해 심층 분석(in-depth analysis)을 실시하였다. 그 결과, DrugBank로부터 얻을 수 있는 ATC 코드에 따르면 상위 20개의 약물 중 9개는 항암제였고, 그 중 2개는 유방암에 사용되었으며, 나머지 7개는 다른 종류의 암에 사용되었다. 다른 11개의 약물은 암이 아닌 질병인 고혈압(hypertension), 진성 당뇨병(diabetes mellitus) 치료용이었다.In-depth analysis was performed on FDA-approved drugs among the drugs proposed as candidate sensitizers. As a result, according to the ATC code available from DrugBank, 9 of the top 20 drugs were anticancer drugs, 2 of them were used for breast cancer, and the remaining 7 were used for other types of cancer. The other 11 drugs were used to treat non-cancer diseases such as hypertension and diabetes mellitus.

민감제가 작용하는 기전을 분석하기 위해 상기 표 2의 20개의 민감제 후보 중 상위 5개의 약물(selexipag, axitinib, framycetin, plerixafor, sunitinib)의 기전을 GO term enrichment analysis(Eden, E., Navon, R., Steinfeld, I., Lipson, D., & Yakhini, Z. (2009). GOrilla: a tool for discovery and visualization of enriched GO terms in ranked gene lists. BMC Bioinformatics, 10(1), 48.)로 분석하였다. 각각의 약물에 대해 RWR 확률 점수가 높은(FDR>0.001) 상위 50개의 내성 기전 유전자(RMG)에서 상위 20개의 GO term biological process를 추출하였다(도 8). 그 결과, 각각 후보 약물들의 상위 20개의 GO term 기전은 상기 실시예 1-4에서 추출한 877개의 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)와 상당 부분 중첩되었다. 상기 결과는 상위 다섯 개의 후보 민감제 약물이 주요한 내성 기전에 작용하여 내성이 생기기 전으로 되돌릴 수 있는 가능성이 있다는 것을 보여준다. 상위 다섯 개의 약물은 표 1의 상위 2개의 기전인 neutrophin TRK receptor signaling pathway(GO:0048011)과 neutrophin signaling pathway(GO : 0038179)에 영향이 큰 것으로 나타났다. neutrophin을 표적하는 것은 종양 세포 성장과 유방암의 전이를 억제하는 결과를 나타내므로, 상위 다섯 개의 후보 약물은 내성으로 인해 변화한 neutrophin에 관계된 신호 전달을 회복시켜 타목시펜이 암 세포에 다시 민감하게 작용하게 만들 수 있는 가능성이 있음을 제시한다. To analyze the mechanism of action of the sensitizer, the mechanisms of the top 5 drugs (selexipag, axitinib, framycetin, plerixafor, sunitinib) among the 20 sensitizer candidates in Table 2 were analyzed by GO term enrichment analysis (Eden, E., Navon, R). ., Steinfeld, I., Lipson, D., & Yakhini, Z. (2009). GOrilla: a tool for discovery and visualization of enriched GO terms in ranked gene lists. BMC Bioinformatics, 10(1), 48.) analyzed. For each drug, the top 20 GO term biological processes were extracted from the top 50 resistance mechanism genes (RMG) with a high RWR probability score (FDR>0.001) (FIG. 8). As a result, the top 20 GO term mechanisms of each candidate drug largely overlapped with the 877 resistance mechanism genes (RMG) extracted in Examples 1-4. The above results show that the top five candidate sensitizer drugs have the potential to revert to the pre-resistance by acting on the main resistance mechanism. The top five drugs were found to have a large effect on the top two mechanisms in Table 1, the neutrophin TRK receptor signaling pathway (GO: 0048011) and the neutrophin signaling pathway (GO: 0038179). As targeting neutrophin results in inhibition of tumor cell growth and metastasis of breast cancer, the top five drug candidates may restore neutrophin-related signaling, which has been altered due to resistance, to resensitize tamoxifen to cancer cells. suggests that there is a possibility that

<3-2> selexipag의 기전 분석<3-2> Mechanism analysis of selexipag

상기 표 2에서 잠재적 민감제 수치(PSS)가 가장 높은 후보 민감제인 selexipag에 대해 민감 기전(sensitization mechanism)을 분석하였다. In Table 2, the sensitization mechanism was analyzed for selexipag, a candidate sensitizer with the highest PSS.

구체적으로, selexipag은 상기 실시예 3-1에서 상위 다섯 개의 후보 민감제가 가장 영향을 크게 미치는 기전인 neutrophin TRK receptor signaling pathway(GO:0048011)와 neutrophin signaling pathway(GO : 0038179) 이외에도 cellular response to glucagon stimulus(GO:0071377)와 response to glucagon(GO:0033762)에도 큰 영향을 미친다. 글루카곤은 펩타이드 호르몬으로서 GCCR을 활성화하고, 하단의 GNAS, ADCY, cAMP, PKA 단백질의 활성을 유도한다. 그 중 PKA 단백질은 MCF7 세포 외에서 유발되는 세포 사멸(extrinsic apoptosis) 경로를 활성화하여 세포 성장을 억제하는 역할을 한다. 타목시펜 내성 조건에서, GNAS, ADCY, PKA 단백질을 코딩하는 유전자는 단백질의 활성이 변화하는 유전자(ACG)로 추출되었다. 타목시펜 내성 MCF7 세포에서 GNAS를 활성화시키는 상류 세 개의 단백질(RAMP1, IGF1R, LPAR6) 중 두 개의 단백질(RAMP1, IGF1R)의 발현이 감소하였으므로, GNAS의 발현이 저하되었으리라고 추측되고, GNAS의 활성 신호 강도가 약해져 PKA 활성을 감소시키며 이는 세포 성장을 증가시키는 결과를 초래한다. selexipag은 PTGIR의 작용제(agonist)로서 GNAS 활성을 증가시키고 세포 성장을 억제하여 타목시펜 내성이 생기기 전으로 되돌릴 수 있다(도 9).Specifically, selexipag is a cellular response to glucagon stimulus in addition to the neutrophin TRK receptor signaling pathway (GO: 0048011) and neutrophin signaling pathway (GO: 0038179), which are the mechanisms most affected by the top five candidate sensitizers in Example 3-1. (GO:0071377) and response to glucagon (GO:0033762) have a significant effect. Glucagon activates GCCR as a peptide hormone and induces the activities of GNAS, ADCY, cAMP, and PKA proteins at the bottom. Among them, the PKA protein plays a role in inhibiting cell growth by activating the extrinsic apoptosis pathway induced outside the MCF7 cell. In the tamoxifen-resistant condition, genes encoding GNAS, ADCY, and PKA proteins were extracted as genes (ACGs) in which the activity of the proteins was changed. Since the expression of two proteins (RAMP1, IGF1R) among the three upstream proteins (RAMP1, IGF1R, LPAR6) that activate GNAS in tamoxifen-resistant MCF7 cells was decreased, it is presumed that the expression of GNAS was decreased, and the activity signal intensity of GNAS was decreased. is weakened, reducing PKA activity, resulting in increased cell growth. As an agonist of PTGIR, selexipag increases GNAS activity and inhibits cell growth, thereby reversing the pre-tamoxifen resistance ( FIG. 9 ).

<3-3> axitinib의 기전 분석<3-3> Mechanism analysis of axitinib

상기 표 2에서 민감제 수치가 두 번째로 높은 후보 민감제인 axitinib에 대해 민감 기전(sensitization mechanism)을 분석하였다. In Table 2, the sensitization mechanism was analyzed for axitinib, a candidate sensitizer with the second highest sensitizer level.

구체적으로, axitinib은 상기 실시예 3-1에서 상위 다섯 개의 후보 민감제가 가장 영향을 크게 미치는 기전인 neutrophin TRK receptor signaling pathway(GO:0048011)와 neutrophin signaling pathway(GO : 0038179) 이외에도 EGFR signaling pathway(GO:0007173) 와 ERBB signaling pathway(GO:0038127)에도 큰 영향을 미친다. EGFR(HER1)과 ERBB(HER2)는 MAPK와 BAD와 같은 매개 단백질을 통해 세포 성장, 증식, 혈관신생과 세포 생존을 촉진 시킨다(도 9). 타목시펜 내성 조건에서 HER1과 HER2의 하류 단백질들은 단백질의 활성이 변화하는 유전자(ACG)로 추출되었다. 매개 단백질들로부터 가장 멀리 떨어져 있는 상류 조절자(modulator)인 SRC의 상류 유전자(IGF1R, PTPN21, PIK3R1, ITGA6, FGFR2)들 중 네 개의 유전자(PTPN21, PIK3R1, ITGA6, FGFR2)의 발현이 증가하였고, PI3K는 열개의 상류 유전자(PGR, ERBB4, IGF1R, IRS2, LYN, LIFR, FGFR2, NRAS, FYN, GAB1)들 중 일곱개의 유전자(IRS2, LYN, LIFR, FGFR2, NRAS, FYN, GAB1)의 발현이 증가하였으므로, SRC 및 PI3K의 발현이 증가되었을 것이라고 추측된다. SRC와 PI3K의 발현 증가로 유도된 MAPK 와 BAD 활성화는 세포 성장, 증식, 혈관신생 및 세포 생존을 증가시키고 타목시펜 내성을 일으킨다. axitinib은 VEGFR의 길항제(antagonist) 역할을 하여 SRC와 PI3K같은 상단의 조절자(modulator)의 활성을 감소시킴으로서, 비정상적인 세포 행동을 내성이 생기기 전으로 되돌릴 수 있다(도 9). Specifically, axitinib was used in the neutrophin TRK receptor signaling pathway (GO: 0048011) and neutrophin signaling pathway (GO: 0038179), which are the mechanisms most affected by the top five candidate sensitizers in Example 3-1, as well as the EGFR signaling pathway (GO). :0007173) and the ERBB signaling pathway (GO:0038127). EGFR (HER1) and ERBB (HER2) promote cell growth, proliferation, angiogenesis and cell survival through mediating proteins such as MAPK and BAD (FIG. 9). In the tamoxifen-resistant condition, the downstream proteins of HER1 and HER2 were extracted as a gene (ACG) with a change in protein activity. The expression of four genes (PTPN21, PIK3R1, ITGA6, FGFR2) among the upstream genes (IGF1R, PTPN21, PIK3R1, ITGA6, FGFR2) of SRC, the upstream modulator farthest from the mediator proteins, was increased, PI3K is the expression of seven genes (IRS2, LYN, LIFR, FGFR2, NRAS, FYN, GAB1) out of ten upstream genes (PGR, ERBB4, IGF1R, IRS2, LYN, LIFR, FGFR2, NRAS, FYN, GAB1). As it increased, it is speculated that the expression of SRC and PI3K was increased. MAPK and BAD activation induced by increased expression of SRC and PI3K increases cell growth, proliferation, angiogenesis and cell survival and induces tamoxifen resistance. Axitinib acts as an antagonist of VEGFR and reduces the activity of top modulators such as SRC and PI3K, thereby returning abnormal cell behavior to the state before resistance was developed (FIG. 9).

<< 실험예Experimental example 1> 1> 민감제(sensitizer)의of sensitizers 항암제 내성 극복 효과 검증 Verification of the effect of overcoming anticancer drug resistance

상기 실시예 1의 민감제 예측 방법을 이용하여 후보 민감제로 도출된 약물의 항암제 내성 극복 효과를 검증하기 위해 하기와 같은 실험을 수행하였다.In order to verify the effect of overcoming anticancer drug resistance of the drug derived as a candidate sensitizer using the sensitizer prediction method of Example 1, the following experiment was performed.

구체적으로, 타목시펜 내성 MCF7 유방암 세포주(이하, MCF/TAMR)(AX4011, AXOL Bioscience, Cambridge, 영국)를 10% 소태아혈청(FBS, Cat # 16000044, Gibco, California, USA) 및 6ng/ml의 인슐린 (Cat # 41400045, Gibco, California, USA)이 첨가되고, 페놀 레드가 포함되지 않은 DMEM/F-12 GlutaMAX 보충 배지(Cat # 10565018, Gibco, California, USA)에서 배양하였다. 배양한 MCF/TAMR 세포주를 4×103 cells/well로 96 웰 플레이트에 분주하고, 1㎛의 타목시펜 및/또는 12가지의 민감제(sensitizer) 5㎛를 처리하였다. 처리 48시간 후에 WST-8 분석(CCK-8, Dojindo, Kumamoto, Japan)을 통해 세포 생존능(cell viability)을 측정하였다. WST-8 시약을 첨가하여 37℃에서 4시간 동안 배양한 후, xMark Microplate Absorbance Spectrophotometer (Bio-Rad, California, USA)를 사용하여 450nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 아무것도 처리되지 않은 대조군(control) 세포에 대한 타목시펜 및/또는 민감제가 처리된 세포의 생존 비율을 하기 계산식 1로 도출하였다. 정확성을 높이기 위해 3회 이상의 독립적인 실험을 수행하였다.Specifically, the tamoxifen-resistant MCF7 breast cancer cell line (hereinafter referred to as MCF/TAMR) (AX4011, AXOL Bioscience, Cambridge, UK) was treated with 10% fetal bovine serum (FBS, Cat # 16000044, Gibco, California, USA) and insulin at 6 ng/ml. (Cat # 41400045, Gibco, California, USA) was added and cultured in DMEM/F-12 GlutaMAX supplemented medium without phenol red (Cat # 10565018, Gibco, California, USA). The cultured MCF/TAMR cell line was dispensed in a 96-well plate at 4×10 3 cells/well, and 1 μm of tamoxifen and/or 12 sensitizers were treated with 5 μm. After 48 hours of treatment, cell viability was measured through WST-8 assay (CCK-8, Dojindo, Kumamoto, Japan). After adding WST-8 reagent and incubating at 37°C for 4 hours, absorbance was measured at a wavelength of 450 nm using an xMark Microplate Absorbance Spectrophotometer (Bio-Rad, California, USA). The survival ratio of cells treated with tamoxifen and/or a sensitizer with respect to control cells that were not treated with anything was derived by Equation 1 below. In order to increase the accuracy, three or more independent experiments were performed.

<계산식 1><Formula 1>

세포 생존능(cell viability, %) = (타목시펜 및/또는 민감제가 처리된 웰의 흡광도-블랭크 웰의 흡광도)/(대조군 웰의 흡광도-블랭크 웰의 흡광도)Cell viability (%) = (absorbance of wells treated with tamoxifen and/or sensitizer-absorbance of blank wells)/(absorbance of control wells-absorbance of blank wells)

상기 계산식 1로 도출된 실험군 별로 다양한 세포 생존능을 차이를 분석하기 위해 R version 3.2.0 (R Foundation for Statistical Computing, Austria)을 이용하여 동분산(equal variance)이 가정된 student t-검정을 수행하였다.In order to analyze the difference in cell viability for each experimental group derived by Equation 1 above, a student t-test with an assumed equal variance was performed using R version 3.2.0 (R Foundation for Statistical Computing, Austria). .

그 결과, 타목시펜에 대해 내성을 가지는 MCF/TAMR 세포는 타목시펜만 처리한 경우 세포 생존능(98.22±1.102%)은 거의 감소하지 않았다. 또한, selexipag, plerixafor, sunitinib, lenvatinib, eptifibatide 및 chloramphenicol의 여섯 가지의 약물만 단일 처리시 세포 생존능이 90% 이상의 값을 보여 타목시펜 외 다른 약물에도 다중약물내성(multi-drug resistance)을 보였다. 실험에 사용된 모든 후보 민감제(sensitizer)는 타목시펜만 처리한 군 및 단일 민감제 처리군에 비해 세포 생존능이 모두 감소하여 병용 투여에 따른 효과를 나타내는 것으로 관찰되었고, 아무것도 처리하지 않은 대조군에 비해 10종류의 후보 민감제가 세포 성장을 유의하게 억제하는 것으로 나타났다(p<0.0005). 또한, pertuzumab과 tamoxifen의 병용은 대조군(p <0.0001)과 pertuzumab 단독 처리군(p=0.0251)에 비해 가장 유의하게 향상된 항암제 내성 극복 효과를 보였다(표 3 및 도 10). 상기 결과는 본 발명에 따른 민감제 예측 방법으로 도출된 후보 민감제가 실제로 항암제 내성 극복 효과를 가진다는 것을 보여준다.As a result, the cell viability (98.22±1.102%) of MCF/TAMR cells resistant to tamoxifen hardly decreased when only tamoxifen was treated. In addition, the cell viability of only six drugs, selexipag, plerixafor, sunitinib, lenvatinib, eptifibatide and chloramphenicol, showed a value of more than 90% when a single treatment was performed, indicating multi-drug resistance to other drugs other than tamoxifen. All candidate sensitizers used in the experiment showed reduced cell viability compared to the tamoxifen-treated group and the single sensitizer-treated group, so it was observed that the effect of the combined administration was shown, compared to the control group not treated with anything. Several candidate sensitizers were shown to significantly inhibit cell growth (p<0.0005). In addition, the combination of pertuzumab and tamoxifen showed the most significantly improved anticancer drug resistance overcoming effect compared to the control group (p <0.0001) and the group treated with pertuzumab alone (p=0.0251) (Table 3 and FIG. 10). The above results show that the candidate sensitizer derived by the sensitizer prediction method according to the present invention actually has the effect of overcoming anticancer drug resistance.

민감제 이름sensitizer name 처리process 타목시펜 처리량Tamoxifen Throughput 민감제 처리량sensitizer throughput 세포
생존능(%)
cell
viability (%)
± 측정표준오차(SEM)± standard error of measurement (SEM) p-값(대조군대비)p-value (versus control) p-값(민감제만 처리한 군 대비)p-value (compared to the sensitizer-only group)
Selexipagselexipag 대조군control -- -- 100100 1.5491.549 -- 타목시펜Tamoxifen 1 uM1 uM -- 98.2298.22 1.1021.102 0.60650.6065 민감제sensitizer -- 5 uM5 uM 90.5290.52 1.1781.178 0.0560.056 타목시펜+민감제Tamoxifen + sensitizer 1 uM1 uM 5 uM5 uM 83.6583.65 0.84840.8484 0.00020.0002 0.00090.0009 AxitinibAxitinib 대조군control -- -- 100100 1.5491.549 -- 타목시펜Tamoxifen 1 uM1 uM -- 98.2298.22 1.1021.102 0.60650.6065 민감제sensitizer -- 5 uM5 uM 86.7886.78 1.1961.196 < 0.0001< 0.0001 타목시펜+민감제Tamoxifen + sensitizer 1 uM1 uM 5 uM5 uM 79.279.2 1.3781.378 < 0.0001< 0.0001 0.00060.0006 PlerixaforPlerixafor 대조군control -- -- 100100 1.5491.549 -- 타목시펜Tamoxifen 1 uM1 uM -- 98.2298.22 1.1021.102 0.60650.6065 민감제sensitizer -- 5 uM5 uM 90.4490.44 1.8781.878 0.00620.0062 타목시펜+민감제Tamoxifen + sensitizer 1 uM1 uM 5 uM5 uM 78.6278.62 1.1441.144 < 0.0001< 0.0001 < 0.0001< 0.0001 SunitinibSunitinib 대조군control -- -- 100100 1.5491.549 -- 타목시펜Tamoxifen 1 uM1 uM -- 98.2298.22 1.1021.102 0.60650.6065 민감제sensitizer -- 5 uM5 uM 90.4190.41 0.70890.7089 0.00750.0075 타목시펜+민감제Tamoxifen + sensitizer 1 uM1 uM 5 uM5 uM 82.8282.82 1.7481.748 < 0.0001< 0.0001 0.00080.0008 LenvatinibLenvatinib 대조군control -- -- 100100 1.5491.549 -- 타목시펜Tamoxifen 1 uM1 uM -- 98.2298.22 1.1021.102 0.60650.6065 민감제sensitizer -- 5 uM5 uM 95.7895.78 2.452.45 0.17790.1779 타목시펜+민감제Tamoxifen + sensitizer 1 uM1 uM 5 uM5 uM 86.5286.52 2.3682.368 0.00510.0051 0.02780.0278 CinacalcetCinacalcet 대조군control -- -- 100100 1.5491.549 -- 타목시펜Tamoxifen 1 uM1 uM -- 98.2298.22 1.1021.102 0.60650.6065 민감제sensitizer -- 5 uM5 uM 87.2387.23 3.0263.026 0.00070.0007 타목시펜+민감제Tamoxifen + sensitizer 1 uM1 uM 5 uM5 uM 74.0474.04 2.8282.828 < 0.0001< 0.0001 0.00520.0052 TirofibanTirofiban 대조군control -- -- 100100 1.5491.549 -- 타목시펜Tamoxifen 1 uM1 uM -- 98.2298.22 1.1021.102 0.60650.6065 민감제sensitizer -- 5 uM5 uM 89.5289.52 1.6021.602 0.01180.0118 타목시펜+민감제Tamoxifen + sensitizer 1 uM1 uM 5 uM5 uM 7777 3.0843.084 < 0.0001< 0.0001 0.01360.0136 EptifibatideEptifivatide 대조군control -- -- 100100 1.5491.549 -- 타목시펜Tamoxifen 1 uM1 uM -- 98.2298.22 1.1021.102 0.60650.6065 민감제sensitizer -- 5 uM5 uM 93.5493.54 2.3432.343 0.25360.2536 타목시펜+민감제Tamoxifen + sensitizer 1 uM1 uM 5 uM5 uM 82.0782.07 3.3493.349 0.00090.0009 0.01250.0125 PertuzumabPertuzumab 대조군control -- -- 100100 1.5491.549 -- 타목시펜Tamoxifen 1 uM1 uM -- 98.2298.22 1.1021.102 0.60650.6065 민감제sensitizer -- 1 uM1 uM 88.5188.51 2.2962.296 0.02340.0234 타목시펜+민감제Tamoxifen + sensitizer 1 uM1 uM 1 uM1 uM 77.6477.64 2.8582.858 < 0.0001< 0.0001 0.02510.0251 NintedanibNintedanib 대조군control -- -- 100100 1.5491.549 -- 타목시펜Tamoxifen 1 uM1 uM -- 98.2298.22 1.1021.102 0.60650.6065 민감제sensitizer -- 5 uM5 uM 70.2870.28 1.321.32 < 0.0001< 0.0001 타목시펜+민감제Tamoxifen + sensitizer 1 uM1 uM 5 uM5 uM 62.462.4 1.9671.967 < 0.0001< 0.0001 0.00070.0007 ChloramphenicolChloramphenicol 대조군control -- -- 100100 1.5491.549 -- 타목시펜Tamoxifen 1 uM1 uM -- 98.2298.22 1.1021.102 0.60650.6065 민감제sensitizer -- 5 uM5 uM 91.0991.09 2.6642.664 0.03380.0338 타목시펜+민감제Tamoxifen + sensitizer 1 uM1 uM 5 uM5 uM 81.4581.45 3.3563.356 < 0.0001< 0.0001 0.0210.021 AfatinibAfatinib 대조군control -- -- 100100 1.5491.549 -- 타목시펜Tamoxifen 1 uM1 uM -- 98.2298.22 1.1021.102 0.60650.6065 민감제sensitizer -- 5 uM5 uM 88.1988.19 2.6332.633 0.00570.0057 타목시펜+민감제Tamoxifen + sensitizer 1 uM1 uM 5 uM5 uM 77.6577.65 1.661.66 < 0.0001< 0.0001 0.01050.0105

Claims (8)

암에 대한 내성이 발생하기 전과 후를 비교하여 발현이 변화한 유전자(differentially expressed genes, DEG)를 추출하는 단계(단계 1);
상기 DEG의 발현 변화에 따라 단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)를 추출하는 단계(단계 2);
상기 DEG와 ACG를 합하여 잠재적 내성 유전자(potential resistance genes, PRG)를 추출하는 단계(단계 3);
상기 잠재적 내성 유전자(PRG) 중 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)를 추출하는 단계(단계 4);
상기 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)에 후보 민감제(sensitizer)가 미치는 영향을 수치화하는 단계(단계 5); 및
상기 후보 민감제의 잠재적 민감제 수치 (potential sensitizer score, PSS)를 계산하는 단계(단계 6); 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨팅 장치에서 수행되는 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 전산학적 방법.
extracting differentially expressed genes (DEG) by comparing before and after the onset of resistance to cancer (step 1);
extracting the genes (activity change genes, ACG) whose protein activity changes according to the change in the expression of the DEG (step 2);
extracting potential resistance genes (PRG) by combining the DEG and ACG (step 3);
extracting resistance mechanism genes (RMG) from among the potential resistance genes (PRG) (step 4);
quantifying the effect of a candidate sensitizer on the resistance mechanism genes (RMG) (step 5); and
calculating a potential sensitizer score (PSS) of the candidate sensitizer (step 6); A computational method for predicting a sensitizer for overcoming the resistance of an anticancer drug performed in a computing device, comprising a.
제 1항에 있어서, 상기 암은 유방암, 방광암, 자궁 경부암, 담관 세포암, 만성 골수성 백혈병 (Chronic Myelogenous Leukemia, CML), 대장암, 식도암, 위암, 간암, 비소 세포 폐암 (Non-Small-Cell Lung Carcinoma, NSCLC), 림프종, 골육종, 난소암, 췌장암, 전립선암, 신장암 및 소세포 폐암 (Small-Cell Lung Carcinoma, SCLC)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 컴퓨팅 장치에서 수행되는 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 전산학적 방법.
The method of claim 1, wherein the cancer is breast cancer, bladder cancer, cervical cancer, bile duct cell cancer, chronic myelogenous leukemia (CML), colorectal cancer, esophageal cancer, stomach cancer, liver cancer, non-small cell lung cancer (Non-Small-Cell Lung) Carcinoma, NSCLC), lymphoma, osteosarcoma, ovarian cancer, pancreatic cancer, prostate cancer, kidney cancer, and small-cell lung cancer (Small-Cell Lung Carcinoma, SCLC) characterized in that any one selected from the group consisting of, performed on a computing device A computational method for predicting a sensitizer to overcome resistance to anticancer drugs.
제 1항에 있어서, 상기 단계 2의 단백질의 활성이 변화하는 유전자(ACG)는 분자 네트워크(molecular network)로부터 추출되는 것을 특징으로 하는, 컴퓨팅 장치에서 수행되는 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 전산학적 방법.
According to claim 1, wherein the gene (ACG) in which the activity of the protein of step 2 is changed is extracted from a molecular network, a sensitive agent ( A computational method to predict the sensitizer.
제 1항에 있어서, 상기 단계 2의 단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)는 상류(upstream)의 발현이 변화하는 유전자(differentially expressed genes, DEG)로 인해, 단백질의 활성이 변하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨팅 장치에서 수행되는 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 전산학적 방법.
The method according to claim 1, wherein the activity change genes (ACG) of the step 2 change the activity of the protein due to differentially expressed genes (DEG) upstream. A computational method for predicting a sensitizer for overcoming the resistance of an anticancer drug performed in a computing device, characterized in that.
제 1항에 있어서, 상기 단계 5의 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)에 후보 약물이 미치는 영향의 수치화는 Random walk with restart(RWR) 알고리즘을 통해서 시뮬레이션 하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨팅 장치에서 수행되는 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 전산학적 방법.
The computing device according to claim 1, wherein the quantification of the effect of a candidate drug on the resistance mechanism genes (RMG) of step 5 is simulated through a Random walk with restart (RWR) algorithm. A computational method for predicting a sensitizer to overcome resistance to anticancer drugs.
제1항에 있어서, 상기 단계 6의 잠재적 민감제 수치(potential sensitizer score, PSS)는 하기의 수학식 2로 표현되는 수식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는, 컴퓨팅 장치에서 수행되는 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 전산학적 방법.
[수학식 2]
Figure 112021123415104-pat00039

(Sj : 후보약물, Pk : RWR 확률 점수(RWR probability score),
Dj: 내성 약물, r(Dj): 내성 기전 유전자(resistance mechanism gene)들의 집합)
According to claim 1, wherein the potential sensitizer score of step 6 (potential sensitizer score, PSS) is characterized in that calculated by the formula expressed by the following Equation 2, Overcoming the resistance of anticancer drugs performed in a computing device A computational method for predicting the sensitizer for
[Equation 2]
Figure 112021123415104-pat00039

(Sj: candidate drug, Pk: RWR probability score,
Dj: resistance drug, r(Dj): a set of resistance mechanism genes)
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 방법을 실행시키기 위한 명령들을 포함하는 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 매체.
A computer-readable medium storing a program comprising instructions for executing a method for predicting a sensitizer for overcoming resistance to an anticancer drug according to any one of claims 1 to 6.
암에 대한 내성이 발생하기 전과 후를 비교하여 발현이 변화한 유전자(differentially expressed genes, DEG)를 추출하는 모듈;
상기 DEG의 발현 변화에 따라 단백질의 활성이 변화하는 유전자(activity change genes, ACG)를 추출하는 모듈;
상기 DEG와 ACG를 합하여 잠재적 내성 유전자(potential resistance genes, PRG)를 추출하는 모듈;
상기 잠재적 내성 유전자(PRG) 중 상호 연관성이 높은 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)를 추출하는 모듈;
상기 내성 기전 유전자(resistance mechanism genes, RMG)에 후보 약물이 미치는 영향을 수치화하는 수치분석모듈; 및
상기 후보 약물의 잠재적 민감제 수치 (potential sensitizer score, PSS)를 계산하는 모듈; 을 포함하는 항암제의 내성을 극복하기 위한 민감제(sensitizer)를 예측하는 시스템.








a module for extracting differentially expressed genes (DEG) by comparing before and after the onset of resistance to cancer;
a module for extracting activity change genes (ACG) whose protein activity changes according to the change in the expression of the DEG;
a module for extracting potential resistance genes (PRG) by combining the DEG and ACG;
a module for extracting highly correlated resistance mechanism genes (RMG) from among the potential resistance genes (PRG);
a numerical analysis module for quantifying the effect of a candidate drug on the resistance mechanism genes (RMG); and
a module for calculating a potential sensitizer score (PSS) of the candidate drug; A system for predicting a sensitizer for overcoming the resistance of an anticancer agent comprising a.








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