KR102597832B1 - A Composition for Enhancing Anti-Cancer Effect of Sorafenib - Google Patents

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Abstract

본 발명은 암, 구체적으로는 간세포암(hepatocellular carcinoma)의 예방 또는 치료용 조성물 및 SIRT3(Sirtuin 3) 결핍 관련 질환의 예방 또는 치료용 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 저분화 화합물, 특히 소라페닙에 대한 내성을 억제하고 치료 민감성을 향상시킴으로써 암환자의 생존기간을 현저히 연장할 수 있는 효율적인 병용 치료 방법으로 유용하게 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 SIRT3 활성화제의 스크리닝 방법은 본 발명에서 새롭게 규명된 SIRT3와 CDK4/6 간의 음의 상관관계에 기반하여 SIRT3의 발현 저하 또는 기능 이상을 원인으로 하는 다양한 질환에 대한 근원적인 치료제 후보 물질을 정확하고 신속하게 탐색할 수 있다.The present invention relates to a composition for preventing or treating cancer, specifically hepatocellular carcinoma, and a composition for preventing or treating diseases related to SIRT3 (Sirtuin 3) deficiency. The present invention can be usefully used as an efficient combination treatment method that can significantly extend the survival period of cancer patients by suppressing resistance to poorly differentiated compounds, especially sorafenib, and improving treatment sensitivity. In addition, the screening method for SIRT3 activators of the present invention is based on the negative correlation between SIRT3 and CDK4/6 newly identified in the present invention, and is a fundamental therapeutic candidate for various diseases caused by reduced expression or dysfunction of SIRT3. Materials can be searched accurately and quickly.

Description

소라페닙의 항암효과 증진용 조성물{A Composition for Enhancing Anti-Cancer Effect of Sorafenib}Composition for enhancing the anti-cancer effect of sorafenib {A Composition for Enhancing Anti-Cancer Effect of Sorafenib}

본 발명은 고형암에 대한 저분화 항암제의 치료 민감성 증진용 조성물, 구체적으로는 간세포암의 소라페닙에 대한 반응성 증진용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for enhancing the therapeutic sensitivity of poorly differentiated anticancer agents for solid tumors, and specifically, to a composition for enhancing the responsiveness of hepatocellular carcinoma to sorafenib.

간세포암(HCC)은 전세계적으로 암-관련 사망의 주요 원인 중 하나이다[1]. 초기 HCC 환자는 자각 증상이 없어 대부분의 HCC는 상당 정도 진행된 후 발견되어 환자가 외과적 절제술이나 간 이식과 같은 적절한 치료를 받기가 어렵다[2]. Hepatocellular carcinoma (HCC) is one of the leading causes of cancer-related death worldwide [1]. Patients with early-stage HCC have no noticeable symptoms, and most HCC is discovered after it has progressed to a considerable extent, making it difficult for patients to receive appropriate treatment such as surgical resection or liver transplantation [2].

외과적 치료를 통해 질환의 경과가 개선되기는 하지만, 초기 HCC에서도 재발의 위험이 존재한다. 진행 HCC 환자에 대해 경구용 다중 키나아제 억제제인 소라페닙(sorafenib, Nexavar)이 1차 화학치료제로 사용되어오고 있다[3]. 소라페닙은 환자의 중앙 생존기간 3-5개월 연장함에도 불구하고, 높은 내성률과 심각한 부작용으로 인해 그 사용이 제한적이다[4-6]. 이에, 소라페닙 항암 활성을 강화시키는 전략에 대한 요구가 점차 증가하고 있다.Although surgical treatment improves the course of the disease, there is a risk of recurrence even in early HCC. Sorafenib (Nexavar), an oral multi-kinase inhibitor, has been used as a first-line chemotherapy for patients with advanced HCC [3]. Although sorafenib extends the median survival time of patients by 3-5 months, its use is limited due to its high resistance rate and serious side effects [4-6]. Accordingly, the demand for strategies to enhance the anticancer activity of sorafenib is gradually increasing.

시르투인(SIRT1-7)은 세포주기 진행, 세포 생존, 대사 및 혈관신생과 같은 종양 형성과정의 주요 조절자이다[7-9]. 미토콘드리아 시르투인인 SIRT3는 세포 산화 환원 균형과 산화적 손상에 대한 방어에 관여하는 몇몇 효소를 탈아세틸화하고 활성화시킨다[10-12]. 몇몇 연구는 SIRT3가 암에 있어서 이중적인 기능을 한다고 제안하였다[13-15]. SIRT3는 ROS 수준을 특정 역치 아래로 유지하여 아폽토시스를 막고 세포 증식을 촉진함으로써 구강암 및 흑색종에서 종양 유전자로 기능한다[16, 17]. 반면, SIRT3는 HCC[18, 19], 유방암 [20], 난소암[21] 및 백혈병[22]에서는 종양 억제자로서 동정되었다. 나아가, SIRT3가 스트레스 상황 하에서 대사 리프로그래밍(Warburg) 및 세포사 촉발에 관여하는 것으로 보고되었다[23, 24]. 실제로, SIRT3의 고발현은 HCC 환자의 양호한 예후 및 전체 생존률 증가로 나타난다[25]. 따라서, SIRT3 발현의 조절은 종양의 개인 맞춤형 치료를 위한 새로운 전략이 될 수 있다. Sirtuins (SIRT1-7) are key regulators of tumorigenic processes such as cell cycle progression, cell survival, metabolism, and angiogenesis [7-9]. SIRT3, a mitochondrial sirtuin, deacetylates and activates several enzymes involved in cellular redox balance and defense against oxidative damage [10-12]. Several studies have suggested that SIRT3 plays a dual function in cancer [13-15]. SIRT3 functions as an oncogene in oral cancer and melanoma by maintaining ROS levels below a certain threshold to prevent apoptosis and promote cell proliferation [16, 17]. On the other hand, SIRT3 has been identified as a tumor suppressor in HCC [18, 19], breast cancer [20], ovarian cancer [21], and leukemia [22]. Furthermore, SIRT3 has been reported to be involved in metabolic reprogramming (Warburg) and triggering cell death under stress conditions [23, 24]. In fact, high expression of SIRT3 is associated with a favorable prognosis and increased overall survival in HCC patients [25]. Therefore, regulation of SIRT3 expression could be a new strategy for personalized treatment of tumors.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Numerous papers and patent documents are referenced and citations are indicated throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to more clearly explain the content of the present invention and the level of technical field to which the present invention pertains.

특허문헌 1. 미국 특허공개공보 제2020-0054635호Patent Document 1. U.S. Patent Publication No. 2020-0054635

본 발명자들은 고형암 환자에서 화학 치료제에 대한 내성을 극복하고 치료 반응성을 향상시킴으로써 환자의 예후와 생존률을 개선하는 방법을 개발하기 위하여 예의 연구 노력하였다. 그 결과, SIRT3의 발현량 또는 활성을 증가시킬 경우 하기 화학식 1로 표시되는 저분화 항암제, 구체적으로는 소라페닙(sorafenib)에 대한 치료 민감성이 유의하게 향상되어 암세포의 이동, 세포주기 진행, 증식이 현저히 저해되는 상승적(synergistic) 항암 효과가 발휘됨을 발견함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have made extensive research efforts to develop a method to improve the prognosis and survival rate of solid cancer patients by overcoming resistance to chemotherapy drugs and improving treatment responsiveness. As a result, when the expression level or activity of SIRT3 is increased, the treatment sensitivity to poorly differentiated anticancer drugs represented by the following formula (1), specifically sorafenib, is significantly improved, thereby improving the migration, cell cycle progression, and proliferation of cancer cells. The present invention was completed by discovering that a synergistic anti-cancer effect was significantly inhibited.

따라서, 본 발명의 목적은 암, 구체적으로는 간세포암(hepatocellular carcinoma)의 예방 또는 치료용 조성물을 제공하는 데 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide a composition for preventing or treating cancer, specifically hepatocellular carcinoma.

본 발명의 다른 목적은 SIRT3(Sirtuin 3) 결핍 관련 질환의 예방 또는 치료용 조성물을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a composition for preventing or treating diseases related to SIRT3 (Sirtuin 3) deficiency.

본 발명의 또 다른 목적은 SIRT3(Sirtuin 3) 활성화제의 스크리닝 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a screening method for Sirtuin 3 (SIRT3) activator.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become clearer from the following detailed description, claims, and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 According to one aspect of the present invention, the present invention

(a) SIRT3(Sirtuin 3)의 활성화제; 및 (a) Activator of Sirtuin 3 (SIRT3); and

(b) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 약제학적으로 허용되는 염을 유효성분으로 포함하는 암의 예방 또는 치료용 조성물을 제공한다:(b) Provided is a composition for preventing or treating cancer comprising a compound represented by the following formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof as an active ingredient:

화학식 1Formula 1

상기 화학식 1에서, R1은 C1-C3 알킬이고, R2는 할로겐이며, R3 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이다.In Formula 1, R 1 is C 1 -C 3 alkyl, R 2 is halogen, and R 3 to R 5 are each independently hydrogen or halogen.

본 발명자들은 고형암 환자에서 화학 치료제에 대한 내성을 극복하고 치료 반응성을 향상시킴으로써 환자의 예후와 생존률을 개선하는 방법을 개발하기 위하여 예의 연구 노력하였다. 그 결과, SIRT3의 발현량 또는 활성을 증가시킬 경우 상기 화학식 1로 표시되는 저분화 항암제, 구체적으로는 소라페닙(sorafenib)에 대한 치료 민감성이 유의하게 향상되어 암세포의 이동, 세포주기 진행, 증식이 현저히 저해되는 상승적(synergistic) 항암 효과가 발휘됨을 발견하였다. The present inventors have made extensive research efforts to develop a method to improve the prognosis and survival rate of solid cancer patients by overcoming resistance to chemotherapy drugs and improving treatment responsiveness. As a result, when the expression level or activity of SIRT3 is increased, the treatment sensitivity to the poorly differentiated anticancer agent represented by Formula 1, specifically sorafenib, is significantly improved, thereby increasing the migration, cell cycle progression, and proliferation of cancer cells. It was found that a synergistic anti-cancer effect was observed that was significantly inhibited.

본 명세서에서 용어“SIRT3의 활성화제”는 SIRT3 단백질의 발현량 또는 활성을 증진시키는 유효성분을 의미하며, 예를 들어 당업계에 이미 그 서열 및 구조가 공지된 단백질인 SIRT3의 발현을 유전자 또는 단백질 수준에서 증진시키거나 고유의 생물학적 활성을 증진시키는 핵산분자, 펩타이드, 단백질, 화합물 및 천연물을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이에, 본 발명에서 이용될 수 있는 SIRT3의 활성화제에는 SIRT3의 단백질 자체 또는 이를 인코딩하는 유전자가 탑재된 유전자 전달체와 같이 대상체 내에서 SIRT3 단백질의 수준을 직접적으로 증가시킬 수 있는 수단은 물론 이의 발현량이나 활성에 영향을 주는 유효성분이 모두 포함된다. 따라서, 용어“SIRT3 단백질의 활성화제(activator)”는“SIRT3 단백질 작용제(agonist)”와 동일한 의미로 사용된다.As used herein, the term “activator of SIRT3” refers to an active ingredient that enhances the expression level or activity of SIRT3 protein, for example, the expression of SIRT3, a protein whose sequence and structure is already known in the art, to a gene or protein. It includes, but is not limited to, nucleic acid molecules, peptides, proteins, compounds and natural products that enhance the level or enhance intrinsic biological activity. Accordingly, the activator of SIRT3 that can be used in the present invention includes means that can directly increase the level of SIRT3 protein in the subject, such as the SIRT3 protein itself or a gene carrier loaded with the gene encoding it, as well as its expression level. All active ingredients that affect activity are included. Therefore, the term “activator of SIRT3 protein” is used interchangeably with “SIRT3 protein agonist.”

본 명세서에서 용어“알킬”은 직쇄 또는 분쇄의 포화 탄화수소기를 의미하며, 예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필 등을 포함한다. C1-C3 알킬은 탄소수 1 내지 3의 알킬 유니트를 가지는 알킬기를 의미하며, C1-C3 알킬이 치환된 경우 치환체의 탄소수는 포함되지 않은 것이다. As used herein, the term “alkyl” refers to a straight-chain or branched saturated hydrocarbon group and includes, for example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, etc. C 1 -C 3 alkyl refers to an alkyl group having an alkyl unit having 1 to 3 carbon atoms, and when C 1 -C 3 alkyl is substituted, the carbon number of the substituent is not included.

본 명세서에서 용어“할로겐”은 할로겐족 원소를 나타내며, 예컨대, 플루오로, 클로로, 브로모 및 요오도를 포함한다.As used herein, the term “halogen” refers to the halogen group elements and includes, for example, fluoro, chloro, bromo, and iodo.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 상기 화학식 1의 R1은 C1 알킬이고, R2는 Cl이다. 보다 구체적으로는, 상기 화학식 1의 R3 내지 R5는 F이다.According to a specific embodiment of the present invention, in Formula 1, R 1 is C 1 alkyl, and R 2 is Cl. More specifically, in Formula 1, R 3 to R 5 are F.

R1은 C1 알킬(메틸)이고, R2는 Cl이며, R3 내지 R5가 F인 화학식 1 화합물은 소라페닙(sorafenib, 4-[4-({[4-클로로-3-(트리플루오로메틸)페닐]카바모일}아미노)페녹시]-N-메틸피리딘-2-카복사마이드)이다R 1 is C 1 alkyl (methyl), R 2 is Cl, and R 3 to R 5 are F. The compound of Formula 1 is sorafenib (sorafenib), 4-[4-({[4-chloro-3-(tri fluoromethyl)phenyl]carbamoyl}amino)phenoxy]-N-methylpyridine-2-carboxamide)

본 명세서에서 용어“반응성(responsiveness)”은 특정 질환에 걸린 개체가 해당 질환에 대한 치료 조성물에 의해 질환의 증상이 경감, 억제, 제거 또는 완화되는 정도를 의미하며,“치료 민감성”과 동일한 의미로 사용된다. 반응성이 낮은 개체는 해당 치료제에 대해 내성 또는 저항성을 가지는 것으로 간주될 수 있다.As used herein, the term “responsiveness” refers to the degree to which symptoms of a disease are alleviated, suppressed, eliminated, or alleviated by an individual suffering from a specific disease by a therapeutic composition for the disease, and has the same meaning as “treatment sensitivity.” It is used. Individuals with low responsiveness may be considered resistant or resistant to the therapeutic agent.

본 명세서에서 용어“약제학적으로 허용되는 염”은 약학적으로 허용되는 무기산, 유기산, 또는 염기로부터 유도된 염을 포함한다. 적합한 산의 예로는 염산, 브롬산, 황산, 질산, 과염소산, 푸마르산, 말레산, 인산, 글리콜산, 락트산, 살리실산, 숙신산, 톨루엔-p-설폰산, 타르타르산, 아세트산, 트리플루로초산, 시트르산, 메탄설폰산, 포름산, 벤조산, 말론산, 나프탈렌-2-설폰산, 벤젠설폰산 등을 들 수 있다. 적합한 염기로부터 유도된 염은 나트륨 등의 알칼리 금속, 마그네슘 등의 알칼리 토금속, 및 암모늄 등을 포함할 수 있다.As used herein, the term “pharmaceutically acceptable salt” includes salts derived from pharmaceutically acceptable inorganic acids, organic acids, or bases. Examples of suitable acids include hydrochloric acid, hydrobromic acid, sulfuric acid, nitric acid, perchloric acid, fumaric acid, maleic acid, phosphoric acid, glycolic acid, lactic acid, salicylic acid, succinic acid, toluene-p-sulfonic acid, tartaric acid, acetic acid, trifluoroacetic acid, citric acid, methane. Examples include sulfonic acid, formic acid, benzoic acid, malonic acid, naphthalene-2-sulfonic acid, and benzenesulfonic acid. Salts derived from suitable bases may include alkali metals such as sodium, alkaline earth metals such as magnesium, ammonium, and the like.

본 명세서에서 용어“예방”은 질환 또는 질병을 보유하고 있다고 진단된 적은 없으나, 이러한 질환 또는 질병에 걸릴 가능성이 있는 대상체에서 질환 또는 질병의 발생을 억제하는 것을 의미한다. As used herein, the term “prevention” refers to suppressing the occurrence of a disease or disease in a subject who has not been diagnosed as having the disease or disease but is likely to develop the disease or disease.

본 명세서에서 용어“치료”는 (a) 질환, 질병 또는 증상의 발전의 억제; (b) 질환, 질병 또는 증상의 경감; 또는 (c) 질환, 질병 또는 증상을 제거하는 것을 의미한다. 본 발명의 조성물을 대상체에 투여하면 TUFM에 직접적으로 결합함으로써 오토파지의 유입을 활성화하고 지질 분해를 유도하여, 과도한 지방의 축적으로 인한 대사질환 증상의 발전을 억제하거나, 이를 제거하거나 또는 경감시키는 역할을 한다. 따라서, 본 발명의 조성물은 그 자체로 이들 질환 치료의 조성물이 될 수도 있고, 혹은 다른 약리성분과 함께 투여되어 상기 질환에 대한 치료 보조제로 적용될 수도 있다. 이에, 본 명세서에서 용어“치료”또는“치료제”는“치료 보조”또는“치료 보조제”의 의미를 포함한다. As used herein, the term “treatment” refers to (a) inhibiting the development of a disease, condition or symptom; (b) alleviation of a disease, condition or symptom; or (c) means eliminating a disease, condition or symptom. When the composition of the present invention is administered to a subject, it binds directly to TUFM, thereby activating the influx of autophagy and inducing lipolysis, suppressing the development of metabolic disease symptoms due to excessive accumulation of fat, eliminating or alleviating them. Do it. Accordingly, the composition of the present invention may itself be a composition for treating these diseases, or may be administered together with other pharmacological ingredients and applied as a treatment adjuvant for these diseases. Accordingly, in this specification, the term “treatment” or “therapeutic agent” includes the meaning of “therapeutic aid” or “therapeutic aid.”

본 명세서에서 용어“투여”또는“투여하다”는 본 발명의 조성물의 치료적 유효량을 대상체에 직접적으로 투여함으로써 대상체의 체내에서 동일한 양이 형성되도록 하는 것을 말한다.As used herein, the term “administration” or “administer” refers to directly administering a therapeutically effective amount of the composition of the present invention to a subject so that the same amount is formed in the subject's body.

본 발명에서 용어“치료적 유효량”은 본 발명의 약제학적 조성물을 투여하고자 하는 개체에게 조성물 내의 약리성분이 치료적 또는 예방적 효과를 제공하기에 충분한 정도로 함유된 조성물의 함량을 의미하며, 이에“예방적 유효량”을 포함하는 의미이다. In the present invention, the term “therapeutically effective amount” refers to the content of the composition in which the pharmacological ingredients in the composition are contained in a sufficient amount to provide a therapeutic or preventive effect to the individual to whom the pharmaceutical composition of the present invention is to be administered. It is meant to include a “prophylactic effective amount.”

본 명세서에서 용어“대상체”는 제한없이 인간, 마우스, 래트, 기니아 피그, 개, 고양이, 말, 소, 돼지, 원숭이, 침팬지, 비비 또는 붉은털 원숭이를 포함한다. 구체적으로는, 본 발명의 대상체는 인간이다. As used herein, the term “subject” includes, without limitation, humans, mice, rats, guinea pigs, dogs, cats, horses, cattle, pigs, monkeys, chimpanzees, baboons, or rhesus monkeys. Specifically, the subject of the present invention is a human.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 상기 SIRT3(Sirtuin 3)의 활성화제는 SIRT3 단백질, 이를 코딩하는 핵산 분자 및 CDK(cyclin-dependent kinase) 4/6 억제제로 구성된 군으로부터 선택된다. According to a specific embodiment of the present invention, the activator of Sirtuin 3 (SIRT3) is selected from the group consisting of SIRT3 protein, nucleic acid molecules encoding it, and cyclin-dependent kinase (CDK) 4/6 inhibitors.

후술하는 실시예에서 보는 바와 같이, 본 발명자들은 SIRT3의 발현량과 망막아세포종 단백질(Rb)의 인산화 간의 음의 상관관계를 관찰하였으며, CDK4/6와 SIRT3 발현 역시 음의 상관관계를 가짐을 최초로 규명함으로써 CDK4/6의 억제를 통해 SIRT3의 발현을 증가시킬 수 있음을 발견하였다.As shown in the Examples described later, the present inventors observed a negative correlation between the expression level of SIRT3 and phosphorylation of retinoblastoma protein (Rb), and were the first to identify that CDK4/6 and SIRT3 expression also have a negative correlation. It was discovered that the expression of SIRT3 could be increased through inhibition of CDK4/6.

본 명세서에서 용어“CDK 4/6 억제제”는 CDK 4 및/또는 CDK6 효소의 활성 또는 발현의 저하를 야기시키는 물질을 의미하며, 이에 의해 CDK 4 및/또는 CDK6 의 활성 또는 발현이 탐지 불가능해지거나 무의미한 수준으로 존재하게 되는 경우 뿐 아니라, 이에 의해 SIRT3 발현이 유의하게 증가할 수 있을 정도로 CDK 4 및/또는 CDK6의 활성 또는 발현을 감소시키는 물질을 의미한다. As used herein, the term “CDK 4/6 inhibitor” refers to a substance that causes a decrease in the activity or expression of CDK 4 and/or CDK6 enzymes, thereby making the activity or expression of CDK 4 and/or CDK6 undetectable or It refers to a substance that reduces the activity or expression of CDK 4 and/or CDK6 not only when it exists at an insignificant level, but also to the extent that SIRT3 expression can be significantly increased.

본 명세서에서 용어“발현의 감소”는 CDK 4/6의 발현량이 예를 들어 대조군에 비하여 20% 이상 감소한 상태, 보다 구체적으로는 30% 이상 감소한 상태, 보다 더 구체적으로는 40% 이상 감소한 상태를 의미할 수 있다.As used herein, the term “reduced expression” refers to a state in which the expression level of CDK 4/6 is reduced by more than 20%, more specifically, more than 30%, and more specifically, more than 40% compared to the control group. It can mean.

본 명세서에서 용어“활성의 감소”란 대조군에 비하여 CDK 4/6의 생체내 고유한 키나아제 활성이 측정 가능할 정도로 유의하게 감소하는 것을 말하며, 예를 들어 대조군에 비하여 20% 이상 감소한 상태, 보다 구체적으로는 30% 이상 감소한 상태, 보다 더 구체적으로는 40% 이상 감소한 상태를 의미할 수 있다. 활성(activity)의 감소는 단순한 기능(function)의 감소 뿐 아니라 안정성(stability)의 감소로 기인한 궁극적인 활성 저해를 포함한다.As used herein, the term “reduction in activity” refers to a measurable significant decrease in the in vivo intrinsic kinase activity of CDK 4/6 compared to the control group, for example, a decrease of more than 20% compared to the control group, more specifically. may mean a decrease of more than 30%, more specifically, a decrease of more than 40%. A decrease in activity includes not only a simple decrease in function but also an ultimate inhibition of activity due to a decrease in stability.

CDK 4/6의 억제제는 예를 들어 당업계에 이미 그 아미노산 서열 및 인코딩 뉴클레오타이드 서열이 공지된 CDK 4/6 효소의 발현을 유전자 수준에서 억제하는 shRNA, siRNA, miRNA, 리보자임(ribozyme), PNA(peptide nucleic acids), 안티센스 올리고뉴클레오타이드, 타겟 유전자를 인식하는 가이드 RNA를 포함하는 CRISPR 시스템과, 단백질 수준에서 억제하는 항체 또는 앱타머 뿐 아니라, 이들의 활성을 억제하는 저분자 화합물, 펩타이드 및 천연물을 포함하나, 이에 제한되지 않고 유전자 및 단백질 수준에서의 가능한 모든 억제수단이 사용될 수 있다.Inhibitors of CDK 4/6 include, for example, shRNA, siRNA, miRNA, ribozyme, and PNA that inhibit the expression of CDK 4/6 enzyme at the gene level, the amino acid sequence and encoding nucleotide sequence of which are already known in the art. The CRISPR system includes (peptide nucleic acids), antisense oligonucleotides, and guide RNA that recognizes target genes, as well as antibodies or aptamers that inhibit at the protein level, as well as small molecule compounds, peptides, and natural products that inhibit their activity. However, without being limited thereto, all possible inhibition methods at the gene and protein levels may be used.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 본 발명의 CDK 4/6 억제제는 CDK 4/6의 발현 또는 활성을 단백질 수준에서 저해하는 항체 또는 이의 항원 결합 단편일 수 있다. CDK 4/6를 특이적으로 인식하는 항체는 폴리클로날 또는 모노클로날 항체이며, 바람직하게는 모노클로날 항체이다.According to a specific embodiment of the present invention, the CDK 4/6 inhibitor of the present invention may be an antibody or antigen-binding fragment thereof that inhibits the expression or activity of CDK 4/6 at the protein level. Antibodies that specifically recognize CDK 4/6 are polyclonal or monoclonal antibodies, and are preferably monoclonal antibodies.

본 발명의 항체는 당업계에서 통상적으로 실시되는 방법들, 예를 들어, 융합 방법(Kohler and Milstein, European Journal of Immunology, 6:511-519 (1976)), 재조합 DNA 방법(미국 특허 제4,816,567호) 또는 파아지 항체 라이브러리 방법(Clackson et al, Nature, 352:624-628(1991) 및 Marks et al, J. Mol. Biol., 222:58, 1-597(1991))에 의해 제조될 수 있다. 항체 제조에 대한 일반적인 과정은 Harlow, E. and Lane, D., Using Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press, New York, 1999; 및 Zola, H., Monoclonal Antibodies: A Manual of Techniques, CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida, 1984에 상세하게 기재되어 있다. The antibody of the present invention can be prepared using methods commonly practiced in the art, such as the fusion method (Kohler and Milstein, European Journal of Immunology , 6:511-519 (1976)), the recombinant DNA method (US Pat. No. 4,816,567) ) or phage antibody library method (Clackson et al, Nature , 352:624-628 (1991) and Marks et al, J. Mol. Biol. , 222:58, 1-597 (1991)). . For general procedures for antibody preparation, see Harlow, E. and Lane, D., Using Antibodies: A Laboratory Manual , Cold Spring Harbor Press, New York, 1999; and Zola, H., Monoclonal Antibodies: A Manual of Techniques , CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida, 1984.

본 명세서에서 용어“항원 결합 단편(antigen binding fragment)”은 면역글로불린 전체 구조 중 항원이 결합할 수 있는 폴리펩티드의 일부를 의미하며, 예를 들어 F(ab')2, Fab', Fab, Fv 및 scFv를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. As used herein, the term “antigen binding fragment” refers to a portion of a polypeptide to which an antigen can bind among the overall structure of an immunoglobulin, such as F(ab')2, Fab', Fab, Fv, and Including, but not limited to scFv.

본 명세서에서 용어, "특이적으로 결합(specifically binding)" 은 "특이적으로 인식(specifically recognizing)"과 동일한 의미로서, 항원과 항체(또는 이의 단편)가 면역학적 반응을 통해 특이적으로 상호작용하는 것을 의미한다.As used herein, the term “specifically binding” has the same meaning as “specifically recognizing,” meaning that an antigen and an antibody (or a fragment thereof) specifically interact through an immunological reaction. It means to do.

본 발명은 항체 대신 CDK 4/6에 특이적으로 결합하는 앱타머를 이용하여 이의 활성을 단백질 수준에서 억제할 수도 있다. 본 명세서에서 용어“앱타머”는 특정 표적물질에 높은 친화력과 특이성으로 결합하는 단일 줄기의(single-stranded) 핵산(RNA 또는 DNA) 분자 또는 펩타이드 분자를 의미한다. 앱타머의 일반적인 내용은 Hoppe-Seyler F, Butz K "Peptide aptamers: powerful new tools for molecular medicine". J Mol Med. 78(8):426-30(2000); Cohen BA, Colas P, Brent R . "An artificial cell-cycle inhibitor isolated from a combinatorial library". Proc Natl Acad Sci USA. 95(24):14272-7(1998)에 상세하게 개시되어 있다.The present invention can also inhibit CDK 4/6 activity at the protein level by using an aptamer that specifically binds to CDK 4/6 instead of an antibody. As used herein, the term “aptamer” refers to a single-stranded nucleic acid (RNA or DNA) molecule or peptide molecule that binds to a specific target substance with high affinity and specificity. For a general discussion of aptamers, see Hoppe-Seyler F, Butz K "Peptide aptamers: powerful new tools for molecular medicine". J Mol Med. 78(8):426-30(2000); Cohen BA, Colas P, Brent R. “An artificial cell-cycle inhibitor isolated from a combinatorial library”. Proc Natl Acad Sci USA. 95(24):14272-7 (1998).

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 상기 CDK 4/6 억제제는 CDK 4/6 효소를 인코딩하는 뉴클레오타이드의 발현을 억제하는 핵산 분자일 수 있다.According to a specific embodiment of the present invention, the CDK 4/6 inhibitor may be a nucleic acid molecule that inhibits the expression of a nucleotide encoding the CDK 4/6 enzyme.

본 명세서에서 용어“핵산 분자”는 DNA(gDNA 및 cDNA) 그리고 RNA 분자를 포괄적으로 포함하는 의미를 가지며, 핵산 분자에서 기본 구성 단위인 뉴클레오타이드는 자연의 뉴클레오타이드뿐만 아니라, 당 또는 염기 부위가 변형된 유사체 (analogue)도 포함한다(Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York(1980); Uhlman 및 Peyman, Chemical Reviews, 90:543-584(1990)).As used herein, the term “nucleic acid molecule” is meant to comprehensively include DNA (gDNA and cDNA) and RNA molecules, and nucleotides, which are the basic structural units in nucleic acid molecules, include not only natural nucleotides but also analogs with modified sugar or base sites. (analogue) is also included (Scheit, Nucleotide Analogs , John Wiley, New York (1980); Uhlman and Peyman, Chemical Reviews , 90:543-584 (1990)).

본 명세서에서 용어“발현을 억제하는 핵산 분자”는 표적 유전자와 혼성화될 수 있는 상보적인 핵산 서열을 포함함으로써 표적 유전자를 특이적으로 인식하고, 이의 기능 저하를 야기하는 뉴클레오타이드 구조 상의 변형을 야기할 수 있는 핵산 분자를 의미하며, 예를 들어 상술한 shRNA, siRNA, miRNA, 리보자임, PNA, 안티센스 올리고뉴클레오타이드, CRISPR 시스템에 포함된 gRNA를 포함한다.As used herein, the term “nucleic acid molecule that inhibits expression” specifically recognizes the target gene by including a complementary nucleic acid sequence that can hybridize with the target gene and can cause modifications in the nucleotide structure that cause a decrease in its function. refers to a nucleic acid molecule, and includes, for example, the above-described shRNA, siRNA, miRNA, ribozyme, PNA, antisense oligonucleotide, and gRNA included in the CRISPR system.

본 명세서에서 용어“상보적”은 소정의 어닐링 또는 혼성화 조건 하에서 발현 억제용 핵산 분자가 타겟 핵산 서열에 선택적으로 혼성화할 정도로 충분히 상보적인 것을 의미하며, 실질적으로 상보적(substantially complementary) 및 완전히 상보적(perfectly complementary)인 것을 모두 포괄하는 의미를 가지고, 바람직하게는 완전히 상보적인 것을 의미한다. 본 명세서에서 용어“실질적으로 상보적인 서열”은 완전히 일치되는 서열뿐만 아니라, 특정 서열에 어닐링하여 서열 특이적인 혼성화가 일어날 수 있는 범위 내에서, 비교 대상의 서열과 부분적으로 불일치되는 서열도 포함되는 의미이다.As used herein, the term “complementary” means that the expression-inhibiting nucleic acid molecule is sufficiently complementary to selectively hybridize to the target nucleic acid sequence under predetermined annealing or hybridization conditions, and is substantially complementary and completely complementary. It has a meaning that encompasses everything that is (perfectly complementary), and preferably means that it is completely complementary. As used herein, the term “substantially complementary sequence” includes not only completely identical sequences, but also sequences that are partially mismatched with the sequence being compared, to the extent that sequence-specific hybridization can occur by annealing to a specific sequence. am.

본 명세서에서 용어“shRNA(small hairpin RNA)”는 인 비보 상에서 스템-루프(stem-loop) 구조를 이루는 단일 가닥으로 50-70개로 구성된 뉴클레오타이드로서, RNA 간섭을 통해 타겟 유전자의 발현을 억제하기 위한 타이트한 헤어핀 구조를 만드는 RNA 서열을 의미한다. 통상적으로 5-10개의 뉴클레오타이드의 루프 부위 양쪽으로 상보적으로 19-29개의 뉴클레오타이드의 긴 RNA가 염기쌍을 이루어 이중가닥의 스템을 형성하며, 언제나 발현되도록 하기 위하여 U6 프로모터를 포함하는 벡터를 통해 세포 내로 형질도입되며 대개 딸세포로 전달되어 타겟 유전자의 발현억제가 유전되도록 한다. As used herein, the term “shRNA (small hairpin RNA)” is a single strand consisting of 50-70 nucleotides forming a stem-loop structure in vivo , and is used to suppress the expression of a target gene through RNA interference. It refers to an RNA sequence that creates a tight hairpin structure. Typically, long RNAs of 19 to 29 nucleotides complement each other on both sides of the loop region of 5 to 10 nucleotides to form a double-stranded stem. In order to ensure constant expression, they are introduced into cells through a vector containing the U6 promoter. It is transduced and is usually passed on to daughter cells, allowing the inhibition of expression of the target gene to be inherited.

본 명세서에서 용어“siRNA”는 특정 mRNA의 절단(cleavage)을 통하여 RNAi(RNA interference) 현상을 유도할 수 있는 짧은 이중사슬 RNA를 의미한다. 타겟 유전자의 mRNA와 상동인 서열을 가지는 센스 RNA 가닥과 이와 상보적인 서열을 가지는 안티센스 RNA 가닥으로 구성된다. 전체 길이는 10 내지 100 염기, 바람직하게는 15 내지 80 염기, 가장 바람직하게는 20 내지 70 염기이고, 타겟 유전자의 발현을 RNAi 효과에 의하여 억제할 수 있는 것이면 평활(blunt)말단 혹은 점착(cohesive) 말단 모두 가능하다. 점착 말단 구조는 3 말단 돌출한 구조와 5 말단 쪽이 돌출한 구조 모두 가능하다. As used herein, the term “siRNA” refers to a short double-stranded RNA that can induce RNA interference (RNAi) through cleavage of a specific mRNA. It consists of a sense RNA strand with a sequence homologous to the mRNA of the target gene and an antisense RNA strand with a complementary sequence. The total length is 10 to 100 bases, preferably 15 to 80 bases, and most preferably 20 to 70 bases, and has blunt ends or cohesive ends if the expression of the target gene can be suppressed by the RNAi effect. All ends are possible. The sticky end structure can be either a structure where the 3rd end protrudes or a structure where the 5th end protrudes.

본 명세서에서 용어“miRNA(microRNA)”는 세포내에서 발현되지 않는 올리고뉴클레오타이드로서 짧은 스템-루프 구조를 가지면서 타겟 유전자의 mRNA와 상보적인 결합을 통하여 타겟 유전자 발현을 억제하는 단일 가닥 RNA분자를 의미한다.As used herein, the term “miRNA (microRNA)” refers to an oligonucleotide that is not expressed in cells and has a short stem-loop structure and refers to a single-stranded RNA molecule that inhibits target gene expression through complementary binding to the mRNA of the target gene. do.

본 명세서에서 용어“리보자임(ribozyme)”은 RNA의 일종으로 특정한 RNA의 염기 서열을 인식하여 자체적으로 이를 절단하는 효소와 같은 기능을 가진 RNA 분자를 의미한다. 리보자임은 타겟 mRNA 가닥의 상보적인 염기서열로 특이성을 가지고 결합하는 영역과 타겟 RNA를 절단하는 영역으로 구성된다.As used herein, the term “ribozyme” is a type of RNA and refers to an RNA molecule that has the same function as an enzyme that recognizes the base sequence of a specific RNA and cleaves it on its own. The ribozyme consists of a region that specifically binds to the complementary base sequence of the target mRNA strand and a region that cleaves the target RNA.

본 명세서에서 용어“PNA(Peptide nucleic acid)”는 핵산과 단백질의 성질을 모두 가지면서 DNA 또는 RNA와 상보적으로 결합이 가능한 분자를 의미한다. PNA는 자연계에서는 발견되지 않고 인공적으로 화학적인 방법으로 합성되며, 상보적인 염기 서열의 천연 핵산과 혼성화(hybridization)를 통해 이중가닥을 형성하여 타겟 유전자의 발현을 조절한다. As used herein, the term “Peptide nucleic acid (PNA)” refers to a molecule that has the properties of both nucleic acid and protein and is capable of complementary binding to DNA or RNA. PNA is not found in nature but is artificially synthesized through chemical methods. It forms a double strand through hybridization with natural nucleic acids of complementary base sequences and regulates the expression of target genes.

본 명세서에서 용어“안티센스 올리고뉴클레오타이드”는 특정 mRNA의 서열에 상보적인 뉴클레오타이드 서열로서 타겟 mRNA 내의 상보적 서열에 결합하여 이의 단백질로의 번역, 세포질내로의 전위(translocation), 성숙(maturation) 또는 다른 모든 전체적인 생물학적 기능에 대한 필수적인 활성을 저해하는 핵산 분자를 의미한다. 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 효능을 증진시키기 위하여 하나 이상의 염기, 당 또는 골격(backbone)의 위치에서 변형될 수 있다(De Mesmaeker et al., Curr Opin Struct Biol., 5(3):343-55, 1995). 올리고뉴클레오타이드 골격은 포스포로티오에이트, 포스포트리에스테르, 메틸 포스포네이트, 단쇄 알킬, 시클로알킬, 단쇄 헤테로아토믹, 헤테로시클릭 당숄포네이 등으로 변형될 수 있다. As used herein, the term “antisense oligonucleotide” refers to a nucleotide sequence complementary to the sequence of a specific mRNA, which binds to the complementary sequence in the target mRNA and carries out its translation into a protein, translocation into the cytoplasm, maturation, or any other activity. It refers to a nucleic acid molecule that inhibits essential activities for overall biological function. Antisense oligonucleotides may be modified at one or more base, sugar, or backbone positions to enhance efficacy (De Mesmaeker et al., Curr Opin Struct Biol. , 5(3):343-55, 1995) . The oligonucleotide backbone can be modified with phosphorothioate, phosphotriester, methyl phosphonate, short-chain alkyl, cycloalkyl, short-chain heteroatomic, heterocyclic sugars, etc.

본 명세서에서 용어“gRNA(guideRNA)”는 타겟 유전자를 인식하여 핵산분해효소(nuclease)를 유도함으로써 인식된 분위를 특이적으로 절단하는 유전자 편집 시스템에 사용되는 RNA 분자를 의미한다. 이러한 유전자 편집 시스템에는 대표적으로 CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) 시스템이 있다.As used herein, the term “gRNA (guideRNA)” refers to an RNA molecule used in a gene editing system that recognizes a target gene and specifically cuts the recognized region by inducing a nuclease. A representative example of such a gene editing system is the CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) system.

상술한 본 발명의 핵산 분자는 대상체 내에서 발현시킴으로써 CDK 4/6의 발현을 유전자 수준에서 억제할 수 있다.The nucleic acid molecule of the present invention described above can inhibit the expression of CDK 4/6 at the gene level by expressing it in a subject.

본 명세서에서 용어“발현시키다”는 대상체가 외래(exogenous) 유전자를 발현하게 하거나 또는 내인성(endogenous) 유전자의 자연적 발현량을 증가시키기 위해 유전자 전달체를 이용하여 인위적으로 이를 도입함으로써 유전자가 대상체 세포 내에서 염색체외 인자로서 또는 염색체 통합 완성에 의해 복제 가능하게 되는 것을 의미한다. 따라서, 용어“발현”은“형질전환(transformation)”, "형질감염(transfection)" 또는 "형질도입(transduction)"과 동일한 의미이다.As used herein, the term “express” means causing a subject to express an exogenous gene or artificially introducing it using a gene delivery system to increase the natural expression level of an endogenous gene, so that the gene is expressed in the subject's cells. This means that replication becomes possible as an extrachromosomal factor or through completion of chromosomal integration. Accordingly, the term “expression” has the same meaning as “transformation,” “transfection,” or “transduction.”

본 명세서에서, 용어“유전자 전달 시스템(gene delivery system)”는 유전자를 세포 내로 운반하는 모든 수단을 의미하며, 유전자 전달은 유전자의 세포내 침투(transduction)와 동일한 의미를 가진다. 조직 수준에서, 상기 용어 유전자 전달은 유전자의 확산(spread)과 동일한 의미를 가진다. 따라서, 본 발명의 유전자 전달 시스템은 유전자 침투 시스템 및 유전자 확산 시스템으로 기재될 수 있다.As used herein, the term “gene delivery system” refers to all means for transporting genes into cells, and gene delivery has the same meaning as transduction of genes into cells. At the tissue level, the term gene transfer has the same meaning as spread of genes. Accordingly, the gene delivery system of the present invention can be described as a gene penetration system and a gene diffusion system.

보다 구체적으로는, 상기 CDK 4/6 억제제는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 또는 이의 약제학적으로 허용되는 염이다:More specifically, the CDK 4/6 inhibitor is a compound represented by the following formula (2) or a pharmaceutically acceptable salt thereof:

화학식 2Formula 2

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 본 발명의 조성물로 예방 또는 치료되는 암은 간세포암(hepatocellular carcinoma)이다.According to a specific embodiment of the present invention, the cancer prevented or treated with the composition of the present invention is hepatocellular carcinoma.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 CDK(cyclin-dependent kinase) 4/6 억제제를 유효성분으로 포함하는 SIRT3(Sirtuin 3) 결핍 관련 질환의 예방 또는 치료용 조성물을 제공한다. According to another aspect of the present invention, the present invention provides a composition for preventing or treating diseases related to SIRT3 (Sirtuin 3) deficiency, comprising a CDK (cyclin-dependent kinase) 4/6 inhibitor as an active ingredient.

본 발명에서 이용되는 CDK 4/6 억제제에 대해서는 이미 상술하였으므로, 과돤 중복을 피하기 위해 그 기재를 생략한다.Since the CDK 4/6 inhibitor used in the present invention has already been described in detail, its description is omitted to avoid duplication.

본 명세서에서 용어“SIRT3 결핍 관련 질환”은 SIRT3의 발현 저하 또는 기능 부전을 원인으로 하는 질환을 의미한다. 미토콘드리아 내에 존재하는 1차적인 NAD 의존적 디아세틸화 효소인 SIRT3는 활성 산소의 독성을 제거하고 지방산의 베타 산화를 통한 제거를 촉매함으로써 산화 스트레스, 미토콘드리아 기능 및 대사를 조절하는 데에 핵심적인 역할을 하며, 이의 결핍은 뇌에서의 신경 퇴행을 가속화하는 것으로 알려져 있다. 이에, 본 발명의 조성물로 예방 또는 치료될 수 있는 SIRT3 결핍 관련 질환은 미토콘드리아 기능이상 관련 질환이며, 구체적으로는 신경퇴행성 질환이고, 보다 구체적으로는 알츠하이머병(Alzheimer’s disease), 파킨슨병(Parkinson’s disease), 근위축성 측삭경화증(amyotrophic lateral sclerosis), 헌팅턴병(Huntington’s disease), 크로이츠펠트-야곱병(Creutzfeldt-Jakob disease), 루이소체 치매(Lewy body dementia), 아밀로이드 뇌혈관병증(cerebral amyloid angiopathy), 픽병(Pick’s disease) 및 다발성 경화증(multiple sclerosis)을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.As used herein, the term “SIRT3 deficiency-related disease” refers to a disease caused by reduced expression or dysfunction of SIRT3. SIRT3, the primary NAD-dependent deacetylating enzyme present in mitochondria, plays a key role in regulating oxidative stress, mitochondrial function, and metabolism by removing the toxicity of free radicals and catalyzing the removal of fatty acids through beta-oxidation. , its deficiency is known to accelerate neurodegeneration in the brain. Accordingly, SIRT3 deficiency-related diseases that can be prevented or treated with the composition of the present invention are diseases related to mitochondrial dysfunction, specifically neurodegenerative diseases, and more specifically, Alzheimer's disease and Parkinson's disease. , amyotrophic lateral sclerosis, Huntington's disease, Creutzfeldt-Jakob disease, Lewy body dementia, cerebral amyloid angiopathy, Pick's disease ( Pick's disease) and multiple sclerosis, but are not limited thereto.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 SIRT3(Sirtuin 3) 활성화제의 스크리닝 방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for screening a Sirtuin 3 (SIRT3) activator comprising the following steps:

(a) CDK(cyclin-dependent kinase) 4/6 또는 이를 발현하는 세포를 포함하는 생물학적 시료에 후보물질을 접촉시키는 단계; (a) contacting a candidate material with a biological sample containing CDK (cyclin-dependent kinase) 4/6 or cells expressing it;

(b) 상기 시료 내 CDK 4/6의 활성 또는 발현량을 측정하는 단계, (b) measuring the activity or expression level of CDK 4/6 in the sample,

상기 CDK 4/6의 활성 또는 발현량이 감소한 경우, 상기 후보물질은 SIRT3 활성화제로 판정한다. When the activity or expression level of CDK 4/6 is decreased, the candidate substance is determined to be a SIRT3 activator.

본 발명에서 용어“생물학적 시료”는 인간을 포함한 포유동물로부터 얻어지는, CDK 4/6 또는 이를 발현하는 세포를 포함하고 있는 모든 시료로서, 조직, 기관, 세포 또는 세포 배양액을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the term “biological sample” refers to any sample obtained from mammals, including humans, containing CDK 4/6 or cells expressing it, including, but not limited to, tissues, organs, cells, or cell culture fluid. .

본 발명의 스크리닝 방법을 언급하면서 사용되는 용어“후보물질”은 CDK 4/6 또는 이를 발현하는 세포를 포함하는 시료에 첨가되어 CDK 4/6의 활성 또는 발현량에 영향을 미치는지 여부를 검사하기 위하여 스크리닝에서 이용되는 미지의 물질을 의미한다. 상기 시험물질은 화합물, 뉴클레오타이드, 펩타이드 및 천연 추출물을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 시험물질을 처리한 생물학적 시료에서 CDK 4/6의 발현량 또는 활성을 측정하는 단계는 당업계에 공지된 다양한 발현량 및 활성 측정방법에 의해 수행될 수 있다. 측정 결과, CDK 4/6의 발현량 또는 활성이 감소한 경우 상기 시험물질은 SIRT3의 활성화제로 판정될 수 있다.The term “candidate” used while referring to the screening method of the present invention refers to a substance added to a sample containing CDK 4/6 or cells expressing it to test whether it affects the activity or expression level of CDK 4/6. Refers to an unknown substance used in screening. The test substances include, but are not limited to, compounds, nucleotides, peptides, and natural extracts. The step of measuring the expression level or activity of CDK 4/6 in a biological sample treated with a test substance can be performed by various expression level and activity measurement methods known in the art. As a result of the measurement, if the expression level or activity of CDK 4/6 is decreased, the test substance can be determined to be an activator of SIRT3.

본 발명에 따르면, 본 발명의 스크리닝 타겟인 CDK 4/6 효소의 발현 수준은 항원-항체 반응을 이용한 면역분석(immunoassay) 방법에 따라 측정할 수 있다. 이러한 면역분석은 종래에 개발된 다양한 면역분석 또는 면역염색 프로토콜에 따라 실시될 수 있다. According to the present invention, the expression level of CDK 4/6 enzyme, which is the screening target of the present invention, can be measured according to an immunoassay method using an antigen-antibody reaction. This immunoassay can be performed according to various immunoassay or immunostaining protocols developed conventionally.

CDK 4/6 효소의 발현 수준은 CDK 4/6 효소를 인코딩하는 유전자의 발현량을 측정하는 제제를 이용하여 유전자 수준에서 측정될 수도 있다. 상기 유전자의 발현량을 측정하는 제제는 예를 들어 CDK 4/6 유전자의 핵산 서열에 특이적으로 결합하는 프라이머 또는 프로브이다. The expression level of the CDK 4/6 enzyme can also be measured at the gene level using an agent that measures the expression level of the gene encoding the CDK 4/6 enzyme. An agent for measuring the expression level of the gene is, for example, a primer or probe that specifically binds to the nucleic acid sequence of the CDK 4/6 gene.

본 명세서에서 사용되는 용어“프라이머”는 핵산쇄(주형)에 상보적인 프라이머 연장 산물의 합성이 유도되는 조건, 즉, 뉴클레오타이드와 DNA 중합효소와 같은 중합제의 존재, 적합한 온도와 pH의 조건에서 합성의 개시점으로 작용하는 올리고뉴클레오타이드를 의미한다. 구체적으로는, 프라이머는 디옥시리보뉴클레오타이드 단일쇄이다. 본 발명에서 이용되는 프라이머는 자연(naturally occurring) dNMP(즉, dAMP, dGMP, dCMP 및 dTMP), 변형 뉴클레오타이드 또는 비-자연 뉴클레오타이드를 포함할 수 있으며, 리보뉴클레오타이드도 포함할 수 있다.As used herein, the term “primer” refers to conditions that induce the synthesis of a primer extension product complementary to a nucleic acid chain (template), i.e., the presence of nucleotides and a polymerizing agent such as DNA polymerase, and synthesis under conditions of appropriate temperature and pH. refers to an oligonucleotide that acts as the starting point. Specifically, the primer is a single strand of deoxyribonucleotide. Primers used in the present invention may include naturally occurring dNMP (i.e., dAMP, dGMP, dCMP, and dTMP), modified nucleotides, or non-natural nucleotides, and may also include ribonucleotides.

본 발명에서 용어“상보적”은 소정의 어닐링 또는 혼성화 조건하에서 프라이머 또는 프로브가 타겟 핵산 서열에 선택적으로 혼성화할 정도로 충분히 상보적인 것을 의미하며, 실질적으로 상보적(substantially complementary)인 경우 및 완전히 상보적(perfectly complementary)인 경우를 모두 포괄하는 의미이며, 구체적으로는 완전히 상보적인 경우를 의미한다. 본 명세서에서 용어“실질적으로 상보적인 서열”은 완전히 일치되는 서열뿐만 아니라, 특정 서열에 어닐링하여 프라이머 역할을 할 수 있는 범위 내에서, 비교 대상의 서열과 부분적으로 불일치되는 서열도 포함되는 의미이다.In the present invention, the term “complementary” means that a primer or probe is sufficiently complementary to selectively hybridize to a target nucleic acid sequence under predetermined annealing or hybridization conditions, and is substantially complementary and completely complementary. It means encompassing all cases of (perfectly complementary), and specifically means completely complementary cases. As used herein, the term “substantially complementary sequence” refers not only to completely identical sequences, but also to sequences that are partially mismatched with the sequence being compared, to the extent that they can anneal to a specific sequence and serve as a primer.

본 명세서에서 용어“프로브”는 특정 뉴클레오타이드 서열에 혼성화될 수 있는 디옥시리보뉴클레오타이드 및 리보뉴클레오타이드를 포함하는 자연 또는 변형되는 모노머 또는 결합을 갖는 선형의 올리고머를 의미한다. 구체적으로, 프로브는 혼성화에서의 최대 효율을 위하여 단일가닥이며, 더욱 구체적으로는 디옥시리보뉴클레오타이드이다. As used herein, the term “probe” refers to a linear oligomer having a natural or modified monomer or linkage containing deoxyribonucleotides and ribonucleotides that can hybridize to a specific nucleotide sequence. Specifically, the probes are single-stranded, more specifically deoxyribonucleotides, for maximum efficiency in hybridization.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 상기 CDK 4/6를 발현하는 세포는 간 조직 유래 세포이다.According to a specific embodiment of the present invention, the cells expressing CDK 4/6 are liver tissue-derived cells.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 상기 SIRT3 활성화제는 간세포암(hepatocellular carcinoma)에서의 소라페닙의 치료 반응성 증진용 조성물이다.According to a specific embodiment of the present invention, the SIRT3 activator is a composition for enhancing the therapeutic responsiveness of sorafenib in hepatocellular carcinoma.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(a) 본 발명은 암, 구체적으로는 간세포암(hepatocellular carcinoma)의 예방 또는 치료용 조성물 및 SIRT3(Sirtuin 3) 결핍 관련 질환의 예방 또는 치료용 조성물을 제공한다.(a) The present invention provides a composition for preventing or treating cancer, specifically hepatocellular carcinoma, and a composition for preventing or treating diseases related to SIRT3 (Sirtuin 3) deficiency.

(b) 본 발명은 저분화 화합물, 특히 소라페닙에 대한 내성을 억제하고 치료 민감성을 향상시킴으로써 암환자의 생존기간을 현저히 연장할 수 있는 효율적인 병용 치료 방법으로 유용하게 이용될 수 있다. (b) The present invention can be usefully used as an efficient combination treatment method that can significantly extend the survival period of cancer patients by suppressing resistance to poorly differentiated compounds, especially sorafenib, and improving treatment sensitivity.

(c) 또한 본 발명의 SIRT3 활성화제의 스크리닝 방법은 본 발명자들에 의해 새롭게 규명된 SIRT3와 CDK4/6 간의 음의 상관관계에 기반하여 SIRT3의 발현 저하 또는 기능 이상을 원인으로 하는 다양한 질환에 대한 근원적인 치료제 후보 물질을 정확하고 신속하게 탐색할 수 있다.(c) In addition, the screening method for SIRT3 activators of the present invention is based on the negative correlation between SIRT3 and CDK4/6 newly identified by the present inventors for various diseases caused by reduced expression or dysfunction of SIRT3. Fundamental therapeutic candidate substances can be searched accurately and quickly.

도 1은 간세포암(HCC) 환자에서 18F-FDG 흡수에 따른 SIRT3 발현 양상을 보여주는 그림이다. 도 1a는 접형골경유수술 후 수득한 동결 HCC 시료에서 추출한 RNA에 대해 SIRT3 특이적 프로브를 이용하여 RT-PCR을 수행한 결과이다. 타겟 유전자의 발현은 2-ΔΔCt 방법을 이용하여 B2M(하우스키핑 유전자)에 대해 정규화하였다. 0에 가까운 박스의 경계는 25%를, 박스 내 선은 중앙값을, 0에서 가장 먼 박스의 경계선은 75%를 각각 나타낸다. 도 1b는 포르말린 고정된, 파라핀-포매 인간 HCC 시료에 대한 면역형광 및 DAPI 대조 염색 결과를 나타낸다. 스케일바: 50μm. 통계적 분석은 GraphPad Prism을 이용하여 수행하였다. 결과는 평균±표준편차로 나타내었다. 그룹 간 비교는 맨-휘트니 검정을 이용하여 수행하였다. *P<0.05
도 2는 간세포암(HCC) 세포주 및 HCC 이식 모델에서의 SIRT3 발현을 보여주는 그림이다. 도 2a는 4개의 상이한 HCC 세포주에서의 SIRT3 발현을 정량적 RT-PCR로 측정한 결과이다. 타겟 유전자의 발현 수준은 하우스키핑 유전자인 B2M에 대해 정규화하였다. 데이터는 3회의 독립 실험에 대한 평균± 표준편차로 나타내었다. 도 2b는 HCC 세포주에서 SIRT3 및 액틴에 대한 항체를 이용한 웨스턴 블롯팅 결과이다. 도 2c는 HCC 이식 모델에서 수득한 포르말린 고정된, 파라핀-포매된 간조직에 대해 SIRT3, GLUT1 및 Ki67 항체를 이용하여 면역조직화학분석을 수행한 결과를 나타낸다. 스케일바: 20μm. 도 2d는 Huh7 세포를 MOCK 벡터 및 pcDNA-SIRT3로 형질도입하고 48시간 배양 후, 단백질을 추출하여 웨스턴 블롯팅으로 SIRT3, Ki67 및 액틴 발현을 측정한 결과이다. 도 2e는 Glucose-Glo 어세이를 이용하여 글루코스 흡수를 측정한 결과를 나타낸다. 데이터는 3회의 독립 실험에 대한 평균± 표준편차로 나타내었다. 통계적 분석은 GraphPad Prism을 이용하여 수행하였으며, 그룹 간 비교는 맨-휘트니 검정을 이용하여 수행하였다. *P < 0.01.
도 3은 SIRT3 발현 수준과 소라페닙 처리 간의 관계를 보여주는 그림이다. 도 3a는 간세포암(HCC) 세포에 소라페닙을 처리하자 SIRT3 발현이 감소됨을 보여준다. HCC 세포를 DMSO, 1μM 소라페닙 또는 10μM 소라페닙과 배양하였다. 48시간 뒤, SIRT3 및 액틴 수준을 웨스턴 블롯팅으로 측정하였다. 도 3b는 Huh7 세포를 MOCK 또는 pcDNA-SIRT3으로 형질도입 후 24시간 뒤 10μM 소라페닙을 처리하고 24시간 배양 후 웨스턴 블롯팅으로 SIRT3 및 β-액틴 발현을 측정한 결과를 나타낸다. 도 3c는 WST-1 어세이로 세포 증식을 측정한 결과를 나타낸다. 데이터는 3회의 독립 실험에 대한 평균± 표준편차로 표시하였다. 도 3d는 SIRT3 KD 또는 대조군 세포주를 지시된 농도의 소라페닙과 배양 후 48시간 뒤 WST-1 어세이로 세포 증식을 측정한 결과를 보여주는 그림이다. 통계적 분석은 GraphPad Prism을 이용하여 수행하였다. 결과는 평균± 표준편차로 나타내었다. 그룹 간 비교는 맨-휘트니 검정을 이용하여 수행하였다. *P < 0.05; **P < 0.01
도 4는 SIRT3 및 망막아세포종 단백질(Rb) 간의 음의 상관관계를 나타낸 그림이다. 도 4a는 HCC 이식 모델의 포르말린 고정된, 파라핀-포매(FFPE) 간조직에 대해 phosphor-Rb(pRb)에 대한 항체로 면역조직화학분석을 수행하고 헤마톡실린으로 대비염색한 결과는 나타낸다. 스케일바: 50μm. 도 4b는 접형골경유수술 후 동결된 HCC 시료로부터 RNA를 추출하고 Rb에 특이적인 프로브를 이용한 RT-PCR 수행 결과를 보여주는 그림이다. 타겟 유전자의 발현은 B2M(하우스키핑 유전자)에 대해 정규화하였다. 0에 가까운 박스의 경계는 25%를, 박스 내 선은 중앙값을, 0에서 가장 먼 박스의 경계선은 75%를 각각 나타낸다. *P<0.05. 도 4c는 인간 HCC 환자의 FFPE 간조직에 대해 SIRT3(좌) 및 pRb(우) 항체를 이용하여 면역조직화학 분석을 수행하고 헤마톡실린으로 대비염색한 결과는 나타낸다. 스케일바: 50μm
도 5는 PD0332991 처리에 의해 SIRT3가 유도됨을 보여주는 그림이다. 도 5a는 HepG2, Hep3B, SK-Hep1 및 Huh7 세포를 DMSO, 1μM PD0332991 또는 10μM PD0332991와 함께 배양한 뒤 48시간 후 SIRT3 및 액틴 수준을 웨스턴 블롯팅으로 측정한 결과는 나타낸다. HepG2 세포, Huh7 세포, SK-Hep1 세포를 스크램블 siRNA 또는 CDK4/6에 대한 siRNA로 형질도입 후 48시간 뒤 웨스턴 블롯팅을 수행하였다(도 5b). 도 5c는 HepG2 세포를 스크램블 siRNA 또는 CDK4/6에 대한 siRNA로 형질도입 후 유전자 발현 프로파일링을 통해 도출된 유전자 배수 변화를 나타내는 그림이다. 모든 데이터는 GEO 데이터베이스에 접근번호 GSE145389로 업로드되었다.
도 6은 소라페닙과 PD0332991의 병용 투여에 의해 소라페닙에 대한 민감성이 증가하였음을 보여주는 그림이다. HepG2 세포를 DMSO 또는 10μM PD0332991와 함께 1μM 소라페닙의 존재 또는 부재 하에 배양하고, 48시간 뒤에 qRT-PCR로 SIRT3 수준을 분석하였다(도 6a). 타겟 유전자의 발현 수분을 하우스키핑 유전자인 B2M에 대해 정규화하였다. 데이터는 3회의 독립 실험에 대한 평균값 ± 표준편차로 표시하였다. 동일한 방법으로 세포를 처리하고 단백질을 추출 후 SIRT3 및 액틴의 발현을 웨스턴 블롯팅으로 측정하였다(도 6b). 도 6c는 WST-1 어세이를 이용하여 48시간 뒤 증식을 분석한 결과를 나타낸다. Huh7 세포를 DMSO 또는 10μM PD0332991와 함께 1μM 소라페닙의 존재 또는 부재 하에 배양하고, 48시간 뒤 단백질을 추출하고 SIRT3 및 액틴의 발현을 웨스턴 블롯팅으로 측정하였다(도 6d). 도 6e는 WST-1 어세이를 이용하여 48시간 뒤 증식을 분석한 결과를 나타낸다. 결과는 6회의 반복 실험 데이터에 대한 평균 ± 표준편차로 나타내었다.
도 7은 HepG2 세포 및 Huh7 세포에서 소라페닙과 PD0332991를 병용 처리하자 성장 억제가 강화됨을 보여주는 그림이다. 도 7a는 이동 어세 결과를 보여주는 그림이다. 지정된 약물을 처리한 뒤 24시간 후 HepG2 세포 및 Huh7 세포를 고정시키고 크리스탈 바이올렛 염색으로 시각화하였다. 도 7b 및 7c는 마트리젤-코팅된 필터에서의 세포 이동에 대한 정량적 분석결과를 보여주는 그림이다. x 200 배율로 5개의 무작위 필드에서 계수하였다. 도 7d 및 7e는 지시된 약물 처리 후 24시간 뒤 HepG2 및 Huh7 세포에 대한 아넥신 V-APC/프로피듐 아이오다이드(PI) 이중 염색을 하여 아폽토시스를 분석한 결과를 보여주는 그림이다. 2색 유세포 도트 플롯을 통해 아넥신 V 및 PI 모두 음성인 살아있는 세포; 아넥신 V에 양성이고 PI에 음성인 초기 사멸 세포; 및 이중-양성인 말기 세포사멸/괴사 세포의 각 비율을 나타내었다. 결과는 평균 ± 표준편차로 나타내었다(n=3). 통계적 분석은 GraphPad Prism을 이용하여 수행하였다. 결과는 평균 ± 표준오차(범위)로 나타내었다. 그룹 간 비교는 맨-휘트니 검정을 이용하여 수행하였다. *, P <0.05;**, P < 0.01;;***, P < 0.001
도 8은 HCC 환자에서의 18F-FDG 흡수에 따른 SIRT3 발현을 측정한 결과를 웨스턴 블롯팅(도 8a) 및 Image J를 통한 밴드 정량(도 8b)를 통해 나타낸 그림이다. 통계적 분석은 GraphPad Prism을 이용하여 수행하였다. 결과는 평균 ± 표준편차로 나타내었다. 그룹 간 비교는 맨-휘트니 검정을 이용하여 수행하였다. *P < 0.05.
도 9는 소라페닙과 PD0332991의 상승적인 항종양 효과를 보여주는 그림이다. 도 9a는 HepG2 및 Huh7 세포에서 소라페닙과 PD0332991의 병용투여 후 세포주기를 분석한 결과이다. 도 9b는 HepG2 및 Huh7 세포에 소라페닙과 PD0332991를 병용투여 후 Ki67로 면역형광염색 후 DAPI로 대조염색한 결과이다. 도 9c는 Ki67 양성 세포의 계수 결과이며, 도 9d는 아넥신 V-APC/프로피듐 이오다이드(PI) 이중 염색을 통해 HepG2 및 Huh7 세포의 아폽토시스를 측정한 결과를 보여주는 그림이다.
Figure 1 is a diagram showing the SIRT3 expression pattern according to 18 F-FDG absorption in hepatocellular carcinoma (HCC) patients. Figure 1a shows the results of RT-PCR using a SIRT3-specific probe on RNA extracted from frozen HCC samples obtained after transsphenoidal surgery. Expression of target genes was normalized to B2M (housekeeping gene) using the 2-ΔΔCt method. The boundary of the box closest to 0 represents 25%, the line within the box represents the median, and the boundary of the box furthest from 0 represents 75%. Figure 1B shows immunofluorescence and DAPI counterstaining results for formalin-fixed, paraffin-embedded human HCC samples. Scale bar: 50 μm. Statistical analysis was performed using GraphPad Prism. Results were expressed as mean ± standard deviation. Comparison between groups was performed using the Mann-Whitney test. *P<0.05
Figure 2 This figure shows SIRT3 expression in hepatocellular carcinoma (HCC) cell lines and HCC transplant models. Figure 2a shows the results of measuring SIRT3 expression in four different HCC cell lines by quantitative RT-PCR. The expression levels of target genes were normalized to the housekeeping gene B2M. Data are expressed as mean ± standard deviation for three independent experiments. Figure 2b shows the results of Western blotting using antibodies against SIRT3 and actin in HCC cell lines. Figure 2c shows the results of immunohistochemical analysis using SIRT3, GLUT1, and Ki67 antibodies on formalin-fixed, paraffin-embedded liver tissue obtained from an HCC transplant model. Scale bar: 20μm. Figure 2d shows the results of transducing Huh7 cells with the MOCK vector and pcDNA-SIRT3, culturing them for 48 hours, extracting the proteins, and measuring the expression of SIRT3, Ki67, and actin by Western blotting. Figure 2e shows the results of measuring glucose absorption using the Glucose-Glo assay. Data are expressed as mean ± standard deviation for three independent experiments. Statistical analysis was performed using GraphPad Prism, and comparison between groups was performed using the Mann-Whitney test. *P < 0.01.
Figure 3 is a diagram showing the relationship between SIRT3 expression level and sorafenib treatment. Figure 3a shows that SIRT3 expression is reduced when hepatocellular carcinoma (HCC) cells are treated with sorafenib. HCC cells were cultured with DMSO, 1 μM sorafenib, or 10 μM sorafenib. After 48 hours, SIRT3 and actin levels were measured by Western blotting. Figure 3b shows the results of treating Huh7 cells with 10 μM sorafenib 24 hours after transduction with MOCK or pcDNA-SIRT3 and measuring SIRT3 and β-actin expression by Western blotting after 24 hours of culture. Figure 3c shows the results of measuring cell proliferation using the WST-1 assay. Data are expressed as mean ± standard deviation for three independent experiments. Figure 3d is a picture showing the results of measuring cell proliferation by WST-1 assay 48 hours after culturing SIRT3 KD or control cell lines with sorafenib at the indicated concentration. Statistical analysis was performed using GraphPad Prism. Results were expressed as mean ± standard deviation. Comparison between groups was performed using the Mann-Whitney test. *P <0.05; **P < 0.01
Figure 4 is a diagram showing the negative correlation between SIRT3 and retinoblastoma protein (Rb). Figure 4a shows the results of immunohistochemical analysis performed on formalin-fixed, paraffin-embedded (FFPE) liver tissue of an HCC transplant model with an antibody against phosphor-Rb (pRb) and counterstaining with hematoxylin. Scale bar: 50 μm. Figure 4b is a diagram showing the results of RNA extraction from a frozen HCC sample after transsphenoidal surgery and RT-PCR using a probe specific for Rb. Expression of target genes was normalized to B2M (housekeeping gene). The boundary of the box closest to 0 represents 25%, the line within the box represents the median, and the boundary of the box furthest from 0 represents 75%. *P<0.05. Figure 4c shows the results of immunohistochemical analysis performed on FFPE liver tissue from a human HCC patient using SIRT3 (left) and pRb (right) antibodies and counterstaining with hematoxylin. Scale bar: 50μm
Figure 5 This figure shows that SIRT3 is induced by PD0332991 treatment. Figure 5a shows the results of measuring SIRT3 and actin levels by Western blotting 48 hours after culturing HepG2, Hep3B, SK-Hep1, and Huh7 cells with DMSO, 1 μM PD0332991, or 10 μM PD0332991. Western blotting was performed 48 hours after transduction of HepG2 cells, Huh7 cells, and SK-Hep1 cells with scramble siRNA or siRNA against CDK4/6 (Figure 5b). Figure 5c is a diagram showing gene fold change derived through gene expression profiling after transduction of HepG2 cells with scramble siRNA or siRNA for CDK4/6. All data were uploaded to the GEO database under accession number GSE145389.
Figure 6 This figure shows that sensitivity to sorafenib increased due to combined administration of sorafenib and PD0332991. HepG2 cells were cultured with DMSO or 10 μM PD0332991 in the presence or absence of 1 μM sorafenib, and SIRT3 levels were analyzed by qRT-PCR 48 h later (Figure 6a). The expression level of the target gene was normalized to the housekeeping gene B2M. Data are expressed as the mean value ± standard deviation for three independent experiments. Cells were treated in the same way, proteins were extracted, and the expression of SIRT3 and actin was measured by Western blotting (Figure 6b). Figure 6c shows the results of analyzing proliferation after 48 hours using the WST-1 assay. Huh7 cells were cultured with DMSO or 10 μM PD0332991 in the presence or absence of 1 μM sorafenib, and after 48 h, proteins were extracted and the expression of SIRT3 and actin was measured by Western blotting ( Fig. 6D ). Figure 6e shows the results of analyzing proliferation after 48 hours using the WST-1 assay. The results were expressed as the mean ± standard deviation for data from six replicate experiments.
Figure 7 This figure shows that the combined treatment of sorafenib and PD0332991 in HepG2 cells and Huh7 cells enhanced growth inhibition. Figure 7a is a diagram showing the results of the mobility assay. 24 hours after treatment with the indicated drugs, HepG2 cells and Huh7 cells were fixed and visualized by crystal violet staining. Figures 7b and 7c are pictures showing the results of quantitative analysis of cell movement on Matrigel-coated filters. Counts were made in five random fields at ×200 magnification. Figures 7d and 7e show the results of apoptosis analysis using Annexin V-APC/propidium iodide (PI) double staining on HepG2 and Huh7 cells 24 hours after treatment with the indicated drugs. Viable cells negative for both Annexin V and PI by two-color flow cytometry dot plot; Early apoptotic cells positive for Annexin V and negative for PI; and the respective percentages of double-positive terminal apoptotic/necrotic cells. Results are expressed as mean ± standard deviation (n = 3). Statistical analysis was performed using GraphPad Prism. Results are expressed as mean ± standard error (range). Comparison between groups was performed using the Mann-Whitney test. *, P <0.05;**, P <0.01;;***, P < 0.001
Figure 8 is a diagram showing the results of measuring SIRT3 expression according to 18 F-FDG absorption in HCC patients through Western blotting (Figure 8a) and band quantification using Image J (Figure 8b). Statistical analysis was performed using GraphPad Prism. Results are expressed as mean ± standard deviation. Comparison between groups was performed using the Mann-Whitney test. *P < 0.05.
Figure 9 is a picture showing the synergistic antitumor effect of sorafenib and PD0332991. Figure 9a shows the results of cell cycle analysis after co-administration of sorafenib and PD0332991 in HepG2 and Huh7 cells. Figure 9b shows the results of co-administration of sorafenib and PD0332991 to HepG2 and Huh7 cells, followed by immunofluorescence staining with Ki67 and counterstaining with DAPI. Figure 9c shows the results of counting Ki67 positive cells, and Figure 9d shows the results of measuring apoptosis of HepG2 and Huh7 cells through Annexin V-APC/propidium iodide (PI) double staining.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

실시예Example

실험방법Experiment method

인간 HCC 시료 Human HCC samples

본 발명의 연구는 연세대학교 세브란스 병원의 임상연구윤리위원회의 승인 하에 진행되었으며, 실험은 현행 연구윤리 가이드라인(Yonsei IRB number: 4-2015-0904)을 준수하면서 수행하였다. 종래에 보고된 방법으로 환자를 선정하였다[26].The study of the present invention was conducted under the approval of the Clinical Research Ethics Committee of Yonsei University Severance Hospital, and the experiment was conducted in compliance with the current research ethics guidelines (Yonsei IRB number: 4-2015-0904). Patients were selected using a previously reported method [26].

화합물compound

PD0332991은 TOCRIS Bioscience(Bristol, UK)에서, 소라페닙은 Santa Cruz(Dallas, TX, USA)에서 구입하였다. PD0332991 및 소라페닙을 10 mM 농도로 DMSO(Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA)에 용해시켰다. 모든 시약은 -80℃에 저장하였다.PD0332991 was purchased from TOCRIS Bioscience (Bristol, UK), and sorafenib was purchased from Santa Cruz (Dallas, TX, USA). PD0332991 and sorafenib were dissolved in DMSO (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) at a concentration of 10 mM. All reagents were stored at -80°C.

세포주 및 세포 배양 Cell lines and cell culture

인간 HCC 세포주 HepG2, Hep3B, skHep1 및 Huh7는 한국 세포주 은행에서 구입하였으며, HepG2는 RPMI에서, Hep3B, skHep1 및 Huh7은 DMEM (Dulbecco’s modified Eagle’s medium)에서 배양하였다. 모든 배양 배지에 10% 우태아혈청(FBS; Hyclone) 및 1% 페니실린 스트렙토마이신을 첨가하였다. 세포는 가습 인큐베이터에서 5% CO2 및 37℃로 유지하였다. 3차원 스페로이드 형성을 위해, Costar® Ultra-Low attachment 다중-웰 플레이트(MerkKGaA→Corning, Darmstadt, Germany)를 사용하였다. HCC 세포를 5000 세포/well로 플레이팅하고 179 x g로 1분 간 원심분리하였다. 플레이팅 1-2일 뒤 스페로이드가 관찰되었다. Hep3B, skHep1 및 Huh7 세포주를 플레이팅하고 형질도입 전 24시간 동안 배양하였다. 리포펙타민 또는 RNAi-MAX 시약(Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)을 이용하여 제조사의 설명서에 따라 siRNA 형질도입을 수행하였다. hSIRT3 플라스미드(sc-61, 555-SH) 또는 스크램블 shRNA 플라스미드(sc-108,060)를 리포펙타민 2000 (Invitrogen, 12,566,014)을 이용하여 공-형질주입하였다. 72시간 배양 후 세포에 퓨로마이신(2μg/mL)을 처리하여 안정적인 세포주 클론을 형성하였다.Human HCC cell lines HepG2, Hep3B, skHep1, and Huh7 were purchased from the Korean Cell Line Bank. HepG2 was cultured in RPMI, and Hep3B, skHep1, and Huh7 were cultured in DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium). 10% fetal bovine serum (FBS; Hyclone) and 1% penicillin streptomycin were added to all culture media. Cells were maintained at 37°C and 5% CO 2 in a humidified incubator. For three-dimensional spheroid formation, Costar® Ultra-Low attachment multi-well plates (MerkKGaA→Corning, Darmstadt, Germany) were used. HCC cells were plated at 5000 cells/well and centrifuged at 179 xg for 1 minute. Spheroids were observed 1-2 days after plating. Hep3B, skHep1, and Huh7 cell lines were plated and cultured for 24 hours before transduction. siRNA transduction was performed using Lipofectamine or RNAi-MAX reagents (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) according to the manufacturer's instructions. The hSIRT3 plasmid (sc-61, 555-SH) or scramble shRNA plasmid (sc-108,060) was co-transfected using Lipofectamine 2000 (Invitrogen, 12,566,014). After 72 hours of culture, the cells were treated with puromycin (2 μg/mL) to form stable cell line clones.

세포 증식 어세이 및 글루코스 측정Cell proliferation assays and glucose measurements

세포 생존률 측정을 위한 WST-1 비색(colorimetric) 어세이(Roche, Mannheim, Germany)를 48시간 뒤 제조사의 설명서에 따라 수행하였다. Huh7 세포를 96-웰 플레이트에 넣고 MOCK 또는 pcDNA-SIRT3 플라스미드로 형질주입하였다. 48시간의 처리 후, 글루코스 어세이(Promega, Germany)를 이용하여 제조사의 설명서에 따라 글루코스 흡수를 측정하였다. 마이크로 플레이트 리더(Molecular Devices, CA, USA)를 이용하여 440 nm 및 640 nm에서의 흡광도를 측정하였다.The WST-1 colorimetric assay (Roche, Mannheim, Germany) to measure cell viability was performed 48 hours later according to the manufacturer's instructions. Huh7 cells were placed in a 96-well plate and transfected with MOCK or pcDNA-SIRT3 plasmid. After 48 hours of treatment, glucose uptake was measured using a glucose assay (Promega, Germany) according to the manufacturer's instructions. Absorbance was measured at 440 nm and 640 nm using a microplate reader (Molecular Devices, CA, USA).

RNA 분리 및 시퀀싱RNA isolation and sequencing

TRIzol 시약(Invitrogen)을 이용하여 총 RNA를 분리하였다. RNA 품질은 RNA 6000 Nano Chip(Agilent Technologies, Amstelveen, The Netherlands)을 이용하여 Agilent 2100 bioanalyzer로 평가하였으며, ND-2000 분광 광도계(Thermo Inc., DE, USA)로 RNA를 정량하였다. 대조군 및 시험 RNA 시료를 위해, QuantSeq 3′mRNA-Seq 라이브러리 Prep Kit (Lexogen, Inc., Austria)을 이용하여 제조자의 설명서에 따라 라이브러리를 구축하였다. 요약하면, 각 시료에 대해 500ng의 총 RNA를 제작하고, 5′말단에 일루미나 호환 서열을 포함하는 oligo-dT 프라이머를 RNA에 혼성화시킨 후 역전사를 수행하였다. RNA 주형 분해 후, 5′말단에 일루미나 호환-링커 서열을 포함하는 무작위 프라이머로 2차 가닥 합성을 개시하였다. 자성 비드로 2중 가닥 라이브러리를 정제하여 모든 반응 조성물을 제거하였다. 라이브러리를 증폭하여 클러스터 형성에 필요한 완성 어댑터 서열을 추가하였다. 증폭된 라이브러리를 정제하고, NextSeq 500(Illumina, Inc., USA)를 이용하여 고속 시퀀싱(HTS)을 수행하였다.Total RNA was isolated using TRIzol reagent (Invitrogen). RNA quality was evaluated with an Agilent 2100 bioanalyzer using the RNA 6000 Nano Chip (Agilent Technologies, Amstelveen, The Netherlands), and RNA was quantified with an ND-2000 spectrophotometer (Thermo Inc., DE, USA). For control and test RNA samples, libraries were constructed using the QuantSeq 3′mRNA-Seq Library Prep Kit (Lexogen, Inc., Austria) according to the manufacturer's instructions. In summary, 500ng of total RNA was prepared for each sample, an oligo-dT primer containing an Illumina compatible sequence at the 5' end was hybridized to the RNA, and reverse transcription was performed. After RNA template digestion, second-strand synthesis was initiated with random primers containing an Illumina compatible-linker sequence at the 5′ end. The double-stranded library was purified with magnetic beads to remove all reaction composition. The library was amplified and the complete adapter sequence required for cluster formation was added. The amplified library was purified and high-throughput sequencing (HTS) was performed using NextSeq 500 (Illumina, Inc., USA).

실시간 PCRReal-time PCR

TRIzol(Invitrogen)을 이용하여 총 RNA를 추출하고 ReverTra Ace qPCR RT Master Mix와 gDNA Remover(Toyobo, Osaka, Japan)를 이용하여 500 ng의 총 RNA로부터 cDNA를 합성하였다. SYBR Green Real Time PCR Master Mix(Toyobo, Osaka, Japan)를 이용하여 C1000 a→ a C1000 Thermal Cycler (Bio-Rad) 상에서 정량적 RT-PCR을 수행하였다. 유전자 발현 수준은 상응하는 cDNA 시료의 베타-2 마이크로글로불린(B2M) mRNA 발현 수준에 대해 정규화하였다. 모든 PCR 프라이머는 Bioneer(Daejeon, Korea)에서 구입하였다. 다음의 프라이머를 사용하였다: SIRT3 (정"??* 5′-GAAACTACAAGCCCAACGTCA-3′, 역방향 5′-AAGGTTCCATGAGCTTCAACC-3′), RB1 (정"??* 5′-GAAGCAACCCTCCTAAACCAC-3′, 역방향 5′-CTGCTTTTGCATTCGTGTTCG-3′), 및 B2M (정"??* 5′-TTACTCACGTCATCCAGCAGA-3′, 역방향 5′-AGAAAGACCAGTCCTTGCTGA-3′).Total RNA was extracted using TRIzol (Invitrogen), and cDNA was synthesized from 500 ng of total RNA using ReverTra Ace qPCR RT Master Mix and gDNA Remover (Toyobo, Osaka, Japan). Quantitative RT-PCR was performed on a C1000 a → a C1000 Thermal Cycler (Bio-Rad) using SYBR Green Real Time PCR Master Mix (Toyobo, Osaka, Japan). Gene expression levels were normalized to the beta-2 microglobulin (B2M) mRNA expression level of the corresponding cDNA sample. All PCR primers were purchased from Bioneer (Daejeon, Korea). The following primers were used: SIRT3 (forward"??* 5′-GAAACTACAAGCCCAACGTCA-3′, reverse 5′-AAGGTTTCCATGAGCTTCAACC-3′), RB1 (forward"??* 5′-GAAGCAACCCTCCTAAACCAC-3′, reverse 5′) -CTGCTTTTGCATTCGTGTTCG-3′), and B2M (forward"??* 5′-TTACTCACGTCATCCAGCAGA-3′, reverse 5′-AGAAAGACCAGTCCTTGCTGA-3′).

웨스턴 블롯팅Western blotting

웨스턴 블롯팅은 종래 보고된 방법에 따라 수행하였다[26]. 사용된 1차 항체는 다음과 같다: SIRT3(Cell Signaling Technology, Danvers MA, USA; clone C73E3; 희석 1:1000), CDK4(DCS156, 1:1000), CDK6(DCS83, 1:1000), Phospho-Rb(Ser807/811) (D20B12, 1:1000), Rb(4H1, 1:2000), PCNA(D3H8P, 1:2000), GLUT1(1:2000)(이상 Abcam(Cambridge, UK)에서 구입) 및 Ki67(Santa Cruz, Dallas TX, USA; MIB-1, 1:500). 생물학적 반복 실험에 대한 웨스턴 블롯팅 실험 결과 유사한 발현 데이터가 나타나 결과의 재현성을 뒷받침하였다. 화학발광 반응에서 누적된 신호의 영상에 대한 화학발광 웨스턴 블롯팅을 직접적으로 디지털 시각화할 수 있는 ChemiDoc XRS(Biorad)를 사용하였다. 밴드의 정량을 위해, Image Lab 소프트웨어(Bio-Rad, Hercules, California, USA)로 이미지를 분석하였다.Western blotting was performed according to a previously reported method [26]. Primary antibodies used were: SIRT3 (Cell Signaling Technology, Danvers MA, USA; clone C73E3; diluted 1:1000), CDK4 (DCS156, 1:1000), CDK6 (DCS83, 1:1000), Phospho- Rb(Ser807/811) (D20B12, 1:1000), Rb(4H1, 1:2000), PCNA(D3H8P, 1:2000), GLUT1(1:2000) (purchased from Abcam (Cambridge, UK)) and Ki67 (Santa Cruz, Dallas TX, USA; MIB-1, 1:500). Western blotting experiments on biological replicates showed similar expression data, supporting the reproducibility of the results. ChemiDoc For band quantification, images were analyzed with Image Lab software (Bio-Rad, Hercules, California, USA).

유세포 분석flow cytometry

아폽토시스 정량을 위해, 아넥신 V-FITC 아폽토시스 검출 키트(BD Pharmingen™, NJ, USA) 및 프로피듐 이오다이드(PI)를 이용하여 제조사의 설명서에 따라 이중 염색을 수행하였다. 지정된 약물과 배양 후 HepG2 및 Huh7 세포를 수집하여 얼음으로 식힌 PBS로 2회 세척 후 결합 완충액 200μL에서 재부유시켰다. 아넥신 V-FITC를 세포에 첨가하고 15분 간 25℃ 암조건에서 배양하였다. PI(10 mL)를 튜브에 첨가하고 5분 간 4℃ 암조건에서 배양하였다. 이후, CELL Quest 소프트웨어(BD)를 이용하여 시료에 대한 유세포 분석을 수행하였다. 사분원 통계분석을 통해 상이한 사분면의 세포 분획을 분석하였다. 우하단 사분면의 세포(아넥신-V+/PI-)는 초기 아폽토시스를 나타내며 우상단(아넥신-V+/PI+)은 후기 아폽토시스를 나타낸다. 세포주기 분석을 위해, 지정된 약물과 배양한 뒤 HepG2 및 Huh7 세포를 수집한 후 4℃, 70% 에탄올에서 1시간 동안 배양하였다. PBS로 세척한 다음, 세포를 5μg/mL 농도의 PI 및 10 mg/mL 농도의 RNase A와 배양하고 30분-시간 동안 37℃에서 배양하였다. FlowJo 소프트웨어(Tree StarInc., Ashland, OR, USA)로 DNA 함량을 분석하였다.To quantify apoptosis, double staining was performed using Annexin V-FITC Apoptosis Detection Kit (BD Pharmingen™, NJ, USA) and propidium iodide (PI) according to the manufacturer's instructions. After incubation with the indicated drugs, HepG2 and Huh7 cells were collected, washed twice with ice-cold PBS, and resuspended in 200 μL of binding buffer. Annexin V-FITC was added to the cells and incubated in dark conditions at 25°C for 15 minutes. PI (10 mL) was added to the tube and incubated in dark conditions at 4°C for 5 minutes. Afterwards, flow cytometry was performed on the samples using CELL Quest software (BD). Cell fractions in different quadrants were analyzed using quadrant statistical analysis. Cells in the lower right quadrant (annexin-V+/PI-) show early apoptosis and those in the upper right quadrant (annexin-V+/PI+) show late apoptosis. For cell cycle analysis, HepG2 and Huh7 cells were collected after incubation with the indicated drugs and incubated at 4°C in 70% ethanol for 1 hour. After washing with PBS, cells were incubated with PI at a concentration of 5 μg/mL and RNase A at a concentration of 10 mg/mL and incubated at 37°C for 30 min-hours. DNA content was analyzed with FlowJo software (Tree StarInc., Ashland, OR, USA).

이동 분석movement analysis

24-웰 플레이트와 코팅되지 않은 폴리카보네이트 막(BioCoat; BD Biosciences, Heidelberg, Germany)을 이용하여 화학 이동(Chemomigration) 어세이를 수행하였다. 0.1% FBS 및 소라페닙 함유 배지 내의 총 50,000개 세포에 PD0332991 또는 소라페닙 및 PD033291의 조합을 첨가하였다. 하부 웰에는 10% FBS가 보충된 배지를 채워넣었다. 24시간 뒤, 이동한 세포를 100% 메탄올로 고정시키고 물에 용해된 1.5%(w/v) 톨루이딘 블루로 염색하였다. 이미지는 Olympus Cell Sens 소프트웨어(Carl Zeiss Microscopy, GmbH, Jena, Germany)를 이용하여 Olympus BX53 현미경으로 기록하였다.Chemomigration assays were performed using 24-well plates and uncoated polycarbonate membranes (BioCoat; BD Biosciences, Heidelberg, Germany). PD0332991 or a combination of sorafenib and PD033291 was added to a total of 50,000 cells in medium containing 0.1% FBS and sorafenib. The lower wells were filled with medium supplemented with 10% FBS. 24 hours later, the migrated cells were fixed with 100% methanol and stained with 1.5% (w/v) toluidine blue dissolved in water. Images were recorded on an Olympus BX53 microscope using Olympus Cell Sens software (Carl Zeiss Microscopy, GmbH, Jena, Germany).

면역염색Immunostaining

면역조직화학(IHC) 및 면역형광(IF)을 종래 보고된 방법에 따라 수행하였다[27]. 다음의 1차 항체를 이용하여 면역염색을 수행하였다:SIRT3 (Cell Signaling Technology, Danvers MA, USA; clone C73E3; 희석 1:500); Ki67(Dako, Glostrup, Denmark; MIB-1;1:500); GLUT1(1:500) 및 Ki67 (SP6, 1:500, Abcam, Cambridge, UK). 이미지는 Olympus Cell Sens 소프트웨어(Carl Zeiss Microscopy, GmbH, Jena, Germany)를 이용하여 Olympus BX53 현미경으로 기록하였다. Ki67-양성 세포 및 인산화된 망막아세포종 단백질(pRb)의 비율은 DAPI 염색된 핵을 가지는 세포를 계수함으로써 계산하였다.Immunohistochemistry (IHC) and immunofluorescence (IF) were performed according to previously reported methods [27]. Immunostaining was performed using the following primary antibodies: SIRT3 (Cell Signaling Technology, Danvers MA, USA; clone C73E3; dilution 1:500); Ki67 (Dako, Glostrup, Denmark; MIB-1;1:500); GLUT1 (1:500) and Ki67 (SP6, 1:500, Abcam, Cambridge, UK). Images were recorded on an Olympus BX53 microscope using Olympus Cell Sens software (Carl Zeiss Microscopy, GmbH, Jena, Germany). The percentage of Ki67-positive cells and phosphorylated retinoblastoma protein (pRb) was calculated by counting cells with DAPI-stained nuclei.

암 유전자 도해(TCGA) 데이터 분석Cancer gene atlas (TCGA) data analysis

TCGA 간 HCC 데이터의 mRNA 수준을 OncoLnc TCGA 데이터 포털(www.oncolnc. org)로부터 수득하였다. 고발현 및 저발현 유전자군(50-50 백분위)을 가지는 360개 HCC 시료를 이용하여 두 개의 상이한 유전자 간의 상관관계 그래프를 도출하였다. 매핑을 위해 GraphPad Prism 5(GraphPad 소프트웨어, San Diego, CA, USA)를 사용하였다.mRNA levels of TCGA liver HCC data were obtained from the OncoLnc TCGA data portal ( www.oncolnc .org). A correlation graph between two different genes was derived using 360 HCC samples with high- and low-expression gene groups (50-50 percentile). GraphPad Prism 5 (GraphPad Software, San Diego, CA, USA) was used for mapping.

통계적 분석statistical analysis

통계적 분석은 GraphPad Prism을 이용하여 수행하였다 소프트웨어 (GraphPad 소프트웨어, Inc., San Diego, CA). 결과는 평균±표준오차(범위)로 표시하였으며, P값<0.05인 경우 통계적 유의성을 가지는 것으로 간주하였다. 그룹 간 비교는 맨-휘트니 검정을 이용하여 수행하였다.Statistical analysis was performed using GraphPad Prism software (GraphPad Software, Inc., San Diego, CA). Results were expressed as mean ± standard error (range), and a P value <0.05 was considered to have statistical significance. Comparison between groups was performed using the Mann-Whitney test.

실험결과Experiment result

HCC 환자에서의 SIRT3 발현 SIRT3 expression in HCC patients

18F-플루오로디옥시글루코스(FDG) PET/CT를 이용하여 글루코스 대사를 평가하였다. 글루코스 흡수 및 SIRT3 발현 간의 관계를 조사하기 위해, 21명의 HCC 환자를 18F-FDG 흡수에 딸 두 그룹으로 나누었다: 당분해 활성과 18F-FDG 흡수가 높은 9명의 HCC 환자와 당분해 활성과 18F-FDG 흡수가 낮은 12명의 HCC 환자. SIRT3의 mRNA 발현은 저-당분해 군에서 더 높았다(도 1a). 이러한 관찰 결과를 확인하기 위해 두 그룹(각 그룹당 n=6)의 HCC 조직에 대한 IHC 분석을 수행하였다. FDG 흡수가 낮은 환자는 종양 부위에서막의 GLUT1 발현과 Ki67 발현은 낮았으며, SIRT3 발현은 높았다(도 1b). FDG 흡수가 높은 군에서는 높은 Ki67 발현 및 GLUT1 발현과 낮은 SIRT3 발현이 관찰되었다. 또한, HCC 환자에서 SIRT3의 발현을 웨스턴 블롯팅으로 관찰하였다(도 8). 높은 18F-FDG 흡수를 보이는 HCC 환자에서 SIRT3의 감소가 관찰되었다. 종합하면, SIRT3 발현은 HCC 환자에서의 해당 대사(glycolytic metabolism) 및 세포 증식과 관련이 있는 것으로 나타났다. 18 Glucose metabolism was assessed using F-fluorodeoxyglucose (FDG) PET/CT. To investigate the relationship between glucose uptake and SIRT3 expression, 21 HCC patients were divided into two groups according to 18 F-FDG uptake: 9 HCC patients with high glycolytic activity and 18 F-FDG uptake and 18 patients with high glycolytic activity and 18 F -FDG uptake. Twelve HCC patients with low F-FDG uptake. The mRNA expression of SIRT3 was higher in the low-glycolytic group (Figure 1a). To confirm these observations, IHC analysis was performed on HCC tissues from two groups (n=6 for each group). Patients with low FDG uptake had low GLUT1 and Ki67 expressions and high SIRT3 expression in the tumor area (Figure 1b). In the group with high FDG uptake, high Ki67 and GLUT1 expressions and low SIRT3 expression were observed. Additionally, the expression of SIRT3 in HCC patients was observed by Western blotting (Figure 8). A decrease in SIRT3 was observed in HCC patients with high 18 F-FDG uptake. Taken together, SIRT3 expression appeared to be associated with glycolytic metabolism and cell proliferation in HCC patients.

HCC 세포에서의 SIRT3 발현 차이SIRT3 expression differences in HCC cells

3개의 HCC 세포주(HepG2, Hep3B 및 Huh7) 및 상이한 증식율 및 해당 활성을 보이는 이들의 이식 모델에서 SIRT3의 발현을 측정하였다. HepG2 세포는 mRNA와 단백질 수준에서 가장 높은 SIRT3 발현을 보였다(도 2a 및 2b). 인간 HCC 환자와 유사하게 HCC 이식 모델에서도 GLUT1와 SIRT3 간 음의 상관관계가 관찰되었다(도 2c). 또한, SIRT3와 Ki67 사이에도 유의한 음의 상관관계가 있었다. HepG2 및 Hep3B 세포는 낮은 Ki67 발현과 높은 SIRT3 발현을 보인 반면, Huh7 및 SK-HEP1 세포는 높은 Ki67 발현과 낮은 SIRT3 발현을 보였다. 이러한 결과는 인간 HCC 시료에 대한 TCGA 데이터베이스 분석 결과와도 일치한다. 스피어만(Spearman) 상관 역시 SIRT3과 Ki67 간(스피어만 계수 r= -0.3093, P<0.0001) 및 SIRT3과 HK2 간(스피어만 계수 r= -0.239, P<0.0001)의 유의한 음의 상관관계를 보여주었다(스피어만 계수 r= *?*0.3093, P<0.0001). 이러한 발견을 추가적으로 확인하기 위해, SIRT3 기저 발현량이 낮은 Huh 7 세포에서 SIRT3를 과발현시켰다. SIRT3 과발현은 Ki67 및 GLUT1 발현을 감소시켰으며 글루코스 흡수 또한 유의하게 저해하였다(도 2d 및 2e). 이를 종합하면, SIRT3 발현이 HCC 세포 및 이들의 이식 모델에서 해당 대사 및 세포 증식과 음의 상관관계를 가짐을 알 수 있다. The expression of SIRT3 was measured in three HCC cell lines (HepG2, Hep3B and Huh7) and their transplantation models showing different proliferation rates and glycolytic activities. HepG2 cells showed the highest SIRT3 expression at both mRNA and protein levels (Figures 2A and 2B). Similar to human HCC patients, a negative correlation between GLUT1 and SIRT3 was also observed in the HCC transplant model (Figure 2c). Additionally, there was a significant negative correlation between SIRT3 and Ki67. HepG2 and Hep3B cells showed low Ki67 expression and high SIRT3 expression, whereas Huh7 and SK-HEP1 cells showed high Ki67 expression and low SIRT3 expression. These results are also consistent with the results of the TCGA database analysis of human HCC samples. Spearman correlation also showed a significant negative correlation between SIRT3 and Ki67 (Spearman coefficient r= -0.3093, P<0.0001) and between SIRT3 and HK2 (Spearman coefficient r= -0.239, P<0.0001). showed (Spearman coefficient r= *?*0.3093, P<0.0001). To further confirm these findings, SIRT3 was overexpressed in Huh 7 cells, which have low basal expression of SIRT3. SIRT3 overexpression reduced Ki67 and GLUT1 expression and also significantly inhibited glucose uptake (Figures 2d and 2e). Taken together, it can be seen that SIRT3 expression has a negative correlation with glycolytic metabolism and cell proliferation in HCC cells and their transplantation models.

SIRT3 발현 수준과 소라페닙 처리 간의 관계 Relationship between SIRT3 expression level and sorafenib treatment

본 발명의 실험결과가 HCC에서 SIRT3이 중요한 역할을 함을 보였기때문에, SIRT3의 발현이 소라페닙 처리에 의해 변화하는지를 확인하고자 HCC 세포주를 소라페닙과 함께 48시간 동안 배양하였다. 그 결과, 10μM의 소라페닙 처리 후 HCC 세포에서의 SIRT3 발현이 감소함을 확인하였다(도 3a). 나아가, Huh7 세포 증식은 SIRT3를 형질주입한 경우에 보다 두드러지게 감소하였다(도 3b 및 도 3c). 또한, HepG2 세포를 이용하여 SIRT3 KD 세포주를 제작한 결과, 대조군 세포에 비해 소라페닙에 대한 민감성이 유의하게 감소함을 관찰함으로써 SIRT3 발현이 HCC 세포의 소라페닙에 대한 반응성을 증진시킴을 확인하였다(도 3d). Since the experimental results of the present invention showed that SIRT3 plays an important role in HCC, HCC cell lines were cultured with sorafenib for 48 hours to determine whether the expression of SIRT3 changes by sorafenib treatment. As a result, it was confirmed that SIRT3 expression in HCC cells decreased after treatment with 10 μM sorafenib (Figure 3a). Furthermore, Huh7 cell proliferation was significantly reduced when SIRT3 was transfected (Figures 3b and 3c). In addition, as a result of producing SIRT3 KD cell line using HepG2 cells, it was observed that sensitivity to sorafenib was significantly reduced compared to control cells, confirming that SIRT3 expression enhances the responsiveness of HCC cells to sorafenib ( Figure 3d).

SIRT3 및 pRb 간의 음의 상관관계Negative correlation between SIRT3 and pRb

CDK4/CDK6 키나아제에 대한 선택적 억제제인 PD0332991는 Rb의 인산화 활성을 차단할 수 있다[28]. HCC 환자에서의 pRb 발현을 측정함으로써 PD0332991가 SIRT3 발현 조절을 통해 소라페닙의 민감성을 증가시키는 후보 약물이 될 수 있는지를 확인하고자 하였다. HCC 이식 모델에 대해 pRb 특이적 항체를 이용한 IHC를 수행하였다. 낮은 SIRT3 발현을 보이는 Huh7 및 skHep1-이식 모델은 pRb의 발현량이 높아, pRb 및 SIRT3의 발현은 HCC 이식 모델에서 음의 상관관계를 가짐을 확인하였다(도 4a). 인간 HCC에서, Rb mRNA 수준은 유의하게 높았으며 SIRT3 mRNA는 저 18F-FDG 군에 비해 고 18F-FDG 군에서 상대적으로 높았다(도 4b). TCGA 데이터 분석 결과 스피어만 상관 역시 인간 HCC 환자에서 SIRT3 및 Rb1 발현 수준 간에 유의한 음의 상관관계를 보였다(스피어만 계수 r= -0.3408, P<0.0001). 나아가, 인간 HCC 환자의 pRb 및 SIRT3 발현 역시 음의 상관관계가 관찰되었다(도 4c).PD0332991, a selective inhibitor for CDK4/CDK6 kinases, can block the phosphorylation activity of Rb [28]. By measuring pRb expression in HCC patients, we sought to determine whether PD0332991 could be a candidate drug that increases the sensitivity of sorafenib through regulating SIRT3 expression. IHC using pRb-specific antibody was performed on the HCC transplant model. Huh7 and skHep1-transplantation models showing low SIRT3 expression had high expression levels of pRb, confirming that the expression of pRb and SIRT3 had a negative correlation in the HCC transplantation model (Figure 4a). In human HCC, Rb mRNA levels were significantly higher and SIRT3 mRNA was relatively higher in the high 18 F-FDG group compared to the low 18 F-FDG group (Figure 4b). Analysis of TCGA data showed that Spearman correlation also showed a significant negative correlation between SIRT3 and Rb1 expression levels in human HCC patients (Spearman coefficient r= -0.3408, P<0.0001). Furthermore, a negative correlation was also observed between pRb and SIRT3 expression in human HCC patients (Figure 4c).

CDK4/6 억제제 처리에 의해 SIRT3 발현이 증가하였다SIRT3 expression was increased by CDK4/6 inhibitor treatment

SIRT3 및 pRb가 관련되어 있음을 발견하였으므로, PD0332991가 SIRT3의 발현을 조절함으로써 HCC 세포의 소라페닙에 대한 민감성을 증진시킬 수 있는지를 조사하였다. PD0332991를 처리하자, HepG2에서 SIRT3 발현이 증가하였다. SK-HEP1 및 Huh7 세포에서는, SIRT3 발현이 대조군보다 조금 증가하였으나(도 5a), Hep3B 세포에서는 유의한 변화가 관찰되지 않았다. Hep3B 세포에 CDK4/6 억제에 대한 상대적인 저항성을 야기하는 Rb 돌연변이가 존재할 가능성이 있다[29, 30]. 따라서, Hep3B 세포는 추가실험 대상에서 제외되었다. PD0332991 처리에 더하여, HCC 세포에서 CDK4/6 녹다운에 의한 SIRT3 발현 변화를 조사하였다. PD0332991 처리 시와 유사하게 HepG2 세포에서 CDK4/6를 녹다운하자 SIRT3 발현이 증가한 반면, 증식 마커인 PCNA의 발현은 감소하였다(도 5b-5d). 본 발명의 데이터는 SIRT3 발현이 글루코스 대사와 음의 상관관계를 가짐을 보여주었으므로(도 1a 및 1b), 마이크로어레이 분석으로 HepG2 세포에서 CDK4/6 억제 후 해당- 및 TCA-관련 유전자의 발현 변화를 조사하였다. 그 결과, CDK4/6 KD HepG2 세포에서 SLC2A1(배수 변화: 0.12), PFKP(배수 변화: 0.341), PKM(배수 변화: 0.457) 및 HK2(배수 변화: 0.693)를 포함하는 해당-관련 유전자의 발현 감소가 관찰되었다(도 5e). 나아가, 두 그룹(스크램블 vs. CDK4/6 KD) 간 가장 조절되지 않는 유전자는 다음의 카테고리에 속하는 것들이다: DNA 복제, 감수분열 세포주기 진행, 염색체 분리, 지방산 산화 조절 및 지질 이화 과정 조절. PD0332991 처리 후의 해당-관련 유전자 조절 장애율은 CDK4/6 KD 이후에 나타난 것보다 낮았다(도 5e). 이에, 본 발명자들은 CDK4/6 억제를 통해 SIRT3 발현을 조절함으로써 당분해 및 세포 증식을 억제하는 새로운 메카니즘을 발견하였다.Since SIRT3 and pRb were found to be related, we investigated whether PD0332991 could improve the sensitivity of HCC cells to sorafenib by regulating the expression of SIRT3. Upon treatment with PD0332991, SIRT3 expression increased in HepG2. In SK-HEP1 and Huh7 cells, SIRT3 expression slightly increased compared to the control group (Figure 5a), but no significant changes were observed in Hep3B cells. It is possible that Rb mutations exist in Hep3B cells that cause relative resistance to CDK4/6 inhibition [29, 30]. Therefore, Hep3B cells were excluded from further testing. In addition to PD0332991 treatment, changes in SIRT3 expression by CDK4/6 knockdown in HCC cells were investigated. Similar to PD0332991 treatment, knocking down CDK4/6 in HepG2 cells increased SIRT3 expression, while expression of PCNA, a proliferation marker, decreased (Figures 5b-5d). As our data showed that SIRT3 expression was negatively correlated with glucose metabolism (Figures 1A and 1B), microarray analysis revealed changes in the expression of glycolytic- and TCA-related genes after CDK4/6 inhibition in HepG2 cells. was investigated. As a result, the expression of glycolysis-related genes including SLC2A1 (fold change: 0.12), PFKP (fold change: 0.341), PKM (fold change: 0.457) and HK2 (fold change: 0.693) in CDK4/6 KD HepG2 cells. A decrease was observed (Figure 5e). Furthermore, the most dysregulated genes between the two groups (Scramble vs. CDK4/6 KD) belong to the following categories: DNA replication, meiotic cell cycle progression, chromosome segregation, regulation of fatty acid oxidation, and regulation of lipid catabolic processes. The rate of glycolysis-related gene dysregulation after PD0332991 treatment was lower than that seen after CDK4/6 KD (Figure 5E). Accordingly, the present inventors discovered a new mechanism for suppressing glycolysis and cell proliferation by regulating SIRT3 expression through CDK4/6 inhibition.

PD0332991과의 병용 투여를 통한 소라페닙 항암 효과의 강화Enhancement of sorafenib anticancer effect through combined administration with PD0332991

다음으로, CDK4/6 억제제인 PD0332991를 통해 SIRT3 발현량을 증가시키면 HCC 세포에 대한 소라페닙의 항암 효과가 증진되는지를 조사하고자 하였다. 소라페닙과 PD0332991를 HepG2에 병용 처리한 결과, SIRT3의 mRNA와 단백질 발현이 모두 증가하였다(도 6a 및 6b). 아울러, 단독 처리군에 비해 세포 생존율도 보다 뚜렷하게 감소하였다(도 6c). 추가적인 확인을 위해 HepG2 세포의 3차원적 스페로이드를 생성시킨 결과 두 가지 약물의 병용 투여 후 스페로이드 크기가 단독 투여군에 비해 감소하였다. 웨스턴 블롯팅 분석을 통해 PD0332991 및 두 약물의 병용 투여 후 대조군 및 소라페닙 처리군에 비해 SIRT3 발현이 증가함을 확인하였다. Huh7 세포 역시 매우 낮은 기저 수준을 가지는 SIRT3 mRNA 발현을 제외하고는 HepG2 세포와 동일한 결과를 보였다(도 6d 및 6e). 병용 투여에 의한 항암 효과의 상승을 확인하기 위해, 소라페닙, PD0332991 또는 이들의 조합을 처리한 뒤 세포의 이동을 측정하였다. HepG2 및 Huh7 세포의 이동은 단독 처리군에 비해 병용 처리군에서 더 감소하였다(도 7a-7c). HepG2 세포 및 Huh7 세포에 대해 세포주기 분석, ki67 면역염색 및 아폽토시스 어세이를 수행하였다. 세포주기 분석결과 HepG2 세포에서 단독 투여군에 비해 G2/M기가 감소됨을 확인하였다. Huh7 세포에서, 병용 투여에 의해 G2/M 및 S기가 감소하였다(도 9a). 또한, HepG2 및 huh7 세포에서 Ki67에 대한 면역염색을 수행한 결과 병용 투여를 한 경우 Ki67 양성 세포는 극적으로 감소하였다(도 9b 및 9c). 나아가, 아넥신 V-PI 염색 결과를 통해 소라페닙과 PD033291의 병용 투여가 초기 및 후기 아폽토시스를 증가시킴을 알 수 있었다(도 7d 및 도 9d). 이를 종합하면, CDK4/6 억제를 통해 SIRT3의 발현을 증가시키면 HCC 세포의 소라페닙에 대한 민감성이 증가함을 알 수 있다.Next, we sought to investigate whether increasing the expression level of SIRT3 through PD0332991, a CDK4/6 inhibitor, would enhance the anticancer effect of sorafenib on HCC cells. As a result of combined treatment of sorafenib and PD0332991 in HepG2, both mRNA and protein expression of SIRT3 increased (Figures 6a and 6b). In addition, cell survival rate decreased more clearly compared to the single treatment group (Figure 6c). For further confirmation, three-dimensional spheroids of HepG2 cells were generated, and as a result, the size of the spheroids decreased after the combined administration of the two drugs compared to the single administration group. Through Western blotting analysis, it was confirmed that SIRT3 expression increased compared to the control and sorafenib treated groups after PD0332991 and the combined administration of the two drugs. Huh7 cells also showed the same results as HepG2 cells except for SIRT3 mRNA expression, which had a very low basal level (Figures 6d and 6e). To confirm the increase in anticancer effect by combined administration, cell migration was measured after treatment with sorafenib, PD0332991, or a combination thereof. The migration of HepG2 and Huh7 cells was further reduced in the combined treatment group compared to the single treatment group (Figures 7a-7c). Cell cycle analysis, ki67 immunostaining, and apoptosis assay were performed on HepG2 cells and Huh7 cells. As a result of cell cycle analysis, it was confirmed that the G2/M phase was reduced in HepG2 cells compared to the single administration group. In Huh7 cells, G2/M and S phases were reduced by co-administration (Figure 9a). In addition, immunostaining for Ki67 in HepG2 and huh7 cells showed that Ki67-positive cells were dramatically reduced when administered in combination (Figures 9b and 9c). Furthermore, the Annexin V-PI staining results showed that combined administration of sorafenib and PD033291 increased early and late apoptosis (FIGS. 7D and 9D). Taken together, it can be seen that increasing the expression of SIRT3 through CDK4/6 inhibition increases the sensitivity of HCC cells to sorafenib.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As the specific parts of the present invention have been described in detail above, it is clear to those skilled in the art that these specific techniques are merely preferred embodiments and do not limit the scope of the present invention. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

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Claims (12)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 다음의 단계를 포함하는 SIRT3(Sirtuin 3) 활성화제의 스크리닝 방법:
(a) CDK(cyclin-dependent kinase) 4/6 또는 이를 발현하는 세포를 포함하는 생물학적 시료에 후보물질을 접촉시키는 단계;
(b) 상기 시료 내 CDK 4/6의 활성 또는 발현량을 측정하는 단계,
상기 CDK 4/6의 활성 또는 발현량이 감소한 경우, 상기 후보물질은 SIRT3 활성화제로 판정한다.
A screening method for Sirtuin 3 (SIRT3) activator comprising the following steps:
(a) contacting a candidate material with a biological sample containing CDK (cyclin-dependent kinase) 4/6 or cells expressing it;
(b) measuring the activity or expression level of CDK 4/6 in the sample,
When the activity or expression level of CDK 4/6 is decreased, the candidate substance is determined to be a SIRT3 activator.
제 10 항에 있어서, 상기 CDK 4/6를 발현하는 세포는 간 조직 유래 세포인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 10, wherein the cells expressing CDK 4/6 are cells derived from liver tissue.
제 10 항에 있어서, 상기 SIRT3 활성화제는 간세포암(hepatocellular carcinoma)에서의 소라페닙의 치료 반응성 증진용 조성물인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 10, wherein the SIRT3 activator is a composition for enhancing treatment responsiveness to sorafenib in hepatocellular carcinoma.
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