ESCRT-dependent YAP degradation by AKT blockade overcomes adaptive resistance to RAS(ON) inhibition in pancreatobiliary cancer

암세으로 세포는 생존의 달인이며, 자신을 죽이도록 설계된 약물로부터 도망치기 위해 내부 기계 장치를 끊임없이 재구성합니다. 췌장 및 담관의 공격적인 암에서 저항을 위한 흔한 전략은 YAP라고 불리는 단백질과 관련이 있습니다. 이 단백질은 마스터 스위치 역할을 하여 종양이 성장하고 치료를 무시하도록 돕는 유전자들을 활성화합니다. 수년 동안 과학자들은 또 다른 단백질인 AKT가 YAP를 활성 상태로 유지하는 데 도움을 준다는 사실은 알고 있었지만, 이들이 어떻게 상호작용하는지에 대한 전체적인 그림은 이해하지 못했습니다. 지배적인 믿음은 세포가 원치 않는 단백질을 세포 내 재활용 센터인 프로테아좀(proteasome)에서 잘게 부수어 제거한다는 것이었습니다. 그러나 이러한 관점은 암세포가 맞서 싸우기로 결정했을 때 YAP를 영구적으로 멈추는 방법에 대한 이해의 공백을 남겼습니다.

메이요 클리닉(Mayo Clinic)의 연구팀은 이제 세포가 YAP를 파괴하기 위해 사용하는 다른 숨겨진 경로를 발견했으며, 암세포가 이를 사용하도록 강제하는 방법을 찾아냈습니다. 이미 유방암 치료제로 승인된 약물을 통해 AKT 단백질을 차단함으로써, 그들은 암세포가 단순히 YAP를 만드는 것을 멈추는 것이 아니라, 기존에 존재하는 단백질을 다른 폐기 시스템인 리소좀(lysosome)으로 능동적으로 보내 녹여버린다는 사실을 발견했습니다. 이 발견은 중요한데, 이는 치명적인 종양들이 어떻게 생존하는지에 대한 새로운 취약점을 밝혀냈기 때문입니다. 연구진은 이 AKT 차단제를 RAS 단백질(이러한 암들의 흔한 동력원)을 표적으로 하는 약물과 결합하면, 통상적으로 치료 효과를 가로막는 저항성을 극복할 수 있음을 보여주었습니다. 실험실 모델에서 이 조합은 종양의 성장을 늦출 뿐만 아니라, 특정 정위 모델(orthotopic model)에서 6마리의 쥐 중 4마리에서 거의 완전한 종양 소실을 이끌어냈습니다.

연구는 인간 담관 종양 내부의 복잡한 신호 전달 네트워크를 살펴보는 것으로 시작되었습니다. 연구진은 세포의 내부 전령 역할을 하는 키나아제(kinase)라고 알려진 수백 가지의 서로 다른 효소들의 활성을 분석했습니다. 그들은 AKT가 이러한 종양에서 가장 활발하고 중요한 동력원 중 하나라는 것을 발견했습니다. 연구진이 디쉬(dish) 안의 암세포를 AKT를 차단하는 약물인 카피세르팁(capivasertib)으로 처리했을 때, 그들은 세포가 단순히 성장을 멈출 것이라고 예상했습니다. 대신, 그들은 놀라운 현상을 관찰했습니다. YAP 단백질의 수치가 몇 시간 내에 급격히 떨어졌습니다. 이것은 세포가 단백질을 만드는 것을 멈췄기 때문이 아니었습니다. 단백질을 만드는 지침은 여전히 존재했습니다. 단백질 자체가 파괴되고 있었던 것입니다.

이 파괴가 어떻게 일어나는지 이해하기 위해, 팀은 단백질을 분해하는 데 책임이 있는 세포 기계 장치를 조사했습니다. 그들은 먼저 세포의 표준 분쇄기인 프로테아좀을 확인했습니다. 그들은 프로테아좀을 차단해도 YAP의 손실이 멈추지 않는다는 것을 발견했으며, 이는 이것이 일반적인 폐기 경로가 아님을 입증했습니다. 대신, 증거는 강력한 효소를 사용하여 물질을 소화하는 세포의 다른 부분인 리소좀을 가리켰습니다. 연구진이 리소좀을 차단하는 약물을 사용했을 때 YAP 단백질은 안전하게 유지되었으며, 이는 세포가 이 특정 소화 시스템으로 YAP를 폐기 경로로 보내고 있음을 확인시켜 주었습니다.

그 후 연구진은 YAP를 리소좀이라는 쓰레기통으로 안내하는 구체적인 가이드를 식별했습니다. 그들은 AMOTL2라고 불리는 단백질이 필수적인 가교 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 정상적인 조건에서 활성화된 AKT 단백질은 AMOTL2를 제어하여 YAP를 붙잡지 못하게 합니다. 연구진이 AKT를 차단하자 AMOTL2가 해방되어 즉시 YAP와 결합하여 이를 리소좀으로 호송했습니다. 이것이 결정적인 단계임을 증명하기 위해, 그들은 암세포에서 AMOTL2 유전자를 제거했습니다. 이 가이드가 없으면 세포는 AKT가 차단되더라도 더 이상 YAP를 파괴할 수 없었습니다. 이는 AMOTL2가 YAP의 파괴를 여는 핵심 열쇠임을 확인시켜 주었습니다.

이 메커니즘은 표준 요법에 저항성을 갖게 된 암을 치료하는 강력한 새로운 전략을 제공했습니다. 연구진은 많은 종양들이 결국 RAS 단백질을 표적으로 하는 약물에 반응을 멈춘다는 것을 알고 있었습니다. 그들은 이러한 저항성이 YAP가 개입하여 세포를 살려두는 과정에 의해 유도된다고 의심했습니다. 그들은 강력한 RAS 차단제에 무시하는 법을 배운 암세포를 만들어 이를 테스트했습니다. 이 저항성 세포들은 높은 수준의 활성 AKT와 낮은 수준의 YAP 인산화(단백질을 파괴 대상으로 표시하는 화학적 태그)를 보였습니다. 저항성 세포를 AKT 차단제로 처리했을 때, 세포는 약물에 매우 민감해졌으며 YAP 단백질은 빠르게 분해되었습니다.

가장 설득력 있는 결과는 살아있는 동물에서 이 접근법을 테스트했을 때 나왔습니다. 연구진은 인간 담관암을 밀접하게 모방하여 간 내부에 종양을 키운 쥐 모델을 사용했습니다. 그들은 쥐들에게 RAS 차단제 단독, AKT 차단제 단독, 또는 두 약물의 조합을 투여했습니다. RAS 약물만 투여받은 쥐들은 종양이 자라났고 대부분 오래 생존하지 못했습니다. AKT 약물만 투여받은 쥐들은 약간의 이점이 있었으나 종양은 지속되었습니다. 그러나 두 약물을 함께 투여받은 쥐들은 극적인 반응을 보였습니다. 조합 치료를 받은 그룹에서는 6마리의 쥐 중 4마리가 연구 종료 시점까지 살아남은 반면, RAS 약물 단독 그룹에서는 6마리 중 1마리만이 생존했습니다. 생존한 동물들에서 종양은 거의 사라졌으며, 건강한 간 조직이 남았습니다.

이 발견이 실제 환자들에게 의미가 있는지 확인하기 위해, 팀은 담관암 환자들의 대규모 데이터를 살펴보았습니다. 그들은 종양에 이 리소좀 폐기 시스템에 필요한 구성 요소인 PDCD6IP의 수치가 높은 환자들이 더 좋지 않은 예후를 보인다는 것을 발견했습니다. 이는 이러한 종양들이 공격적이기도 하지만, 동시에 AKT 차단 전략에 취약하도록 준비되어 있다는 것을 시사합니다. 연구진은 종양을 위험하게 만드는 바로 그 기계 장치가 역으로 이용될 수 있다고 제안했습니다. 만약 종양이 이 폐기 시스템의 높은 수준을 가지고 있다면, AKT를 차단함으로써 YAP 단백질의 대규모 자가 파괴적 청소를 유도하여 암의 저항력을 무력화할 수 있습니다.

이 연구는 또한 일어나지 않는 일들에 대해서도 명확히 했습니다. 연구진은 YAP의 파괴가 일부 다른 연구에서 제시되었던 다른 자가 청소 방식인 오토파지(autophagy, 자가포식) 과정에 의존하지 않는다는 것을 명시적으로 보여주었습니다. 또한 그들은 약물이 단순히 세포가 새로운 YAP를 만드는 것을 막는 것이 아니라는 점도 배제했습니다. 단백질은 이미 존재하고 있었으며 능동적으로 제거되고 있었던 것입니다. 연구 결과는 다음과 같은 명확하고 단계적인 생물학적 과정을 보여줍니다: AKT를 차단하면 AMOTL2에 대한 브레이크가 풀리고, 그러면 AMOTL_2가 YAP를 리소좀으로 안내하여 파괴합니다.

이 작업은 단순히 약물이 효과가 있다는 것을 관찰하는 것을 넘어, 암세포가 어떻게 해체되는지에 대한 물리적 메커니즘을 설명합니다. 특정 가이드 단백질과 폐기 경로를 식별함으로써, 연구진은 병용 요법의 새로운 길을 열었습니다. 결과는 이러한 치료가 어려운 암 환자들에게 기존 치료법에 AKT 차단제를 추가하는 것이 종양이 적응하고 생존하는 것을 방지할 수 있음을 시사합니다. 연구는 이 내인성 단백질 파괴 경로가 췌장 및 담관에서 치료의 성공을 오랫동안 제한해 온 적응적 저항을 극복하는 데 도움이 될 수 있는 실질적이고 실행 가능한 표적임을 결론지었습니다.