ZFTA-RELA 뇌실막종, 핵수출 억제로 전임상 치료 가능성 제시
뇌실막종의 표적치료 공백과 ZFTA-RELA 융합
ZFTA-RELA 융합 단백질의 핵내 축적을 늘리는 핵수출 억제가 뇌실막종 세포의 증식을 억제하고 마우스의 생존을 연장했다. 종양을 유발하는 단백질이라도 핵 안에 많을수록 증식에 유리한 것은 아니라는 결과다.
뇌실막종(EPN)은 소아 뇌종양 중 세 번째로 흔하다. 논문은 최대한 안전한 수술적 절제와 방사선치료가 표준치료이며, 환자에게 사용할 표적치료제는 없다고 설명한다. 천막상부 뇌실막종에서 가장 흔한 종양 유발 유전자 변화는 ZFTA와 RELA의 융합이다. 융합 단백질은 핵에 지속적으로 위치하며 종양 형성을 유도하지만, 이를 직접 겨냥하는 약물 개발은 어려웠다.
단백질 상호작용에서 찾은 핵수출 표적
연구진은 면역침강과 질량분석으로 ZFTA-RELA와 상호작용하는 단백질을 찾았다. 이어 크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9) 집중형 스크리닝으로 207개 유전자 가운데 종양세포 증식에 필요한 유전자를 평가했다. 정상 방사형교세포 전구세포와도 비교해 종양세포가 상대적으로 더 의존하는 표적을 추렸다. 이렇게 찾은 대상은 약물 자체가 아니라 치료 표적이 될 수 있는 단백질들이다.
특히 핵수출 단백질 XPO1에 주목했다. 연구진은 XPO1 억제제 셀리넥소르(selinexor)의 혈뇌장벽 투과성과 기존 임상 경험을 후속 개발의 근거로 들었다. 다만 기존 미국 식품의약국(FDA) 승인이 뇌실막종 치료 승인을 뜻하지는 않는다.
셀리넥소르를 처리하자 ZFTA-RELA의 핵내 축적이 증가했지만, 표적 유전자 발현은 유의하게 늘지 않았다. 연구진은 표적 결합이 이미 포화됐을 가능성을 제시했다. 환자유래 세포 모델에서 ZFTA-RELA를 과잉 발현시키면 증식이 억제된 반면, DNA 결합에 결함이 있는 변이체에서는 같은 억제가 나타나지 않았다. 이는 지속적인 증식에 적정한 핵내 단백질 수준이 필요하다는 해석을 뒷받침한다. 시험한 ZFTA 융합 환자유래 세포 모델들은 모두 셀리넥소르의 반수최대억제농도(IC50)가 150 nM 미만이었다.
마우스 생존 연장과 임상 검증 과제
ZFTA-RELA가 종양을 유도하는 환자유래 이식 모델 1425-NS에서 셀리넥소르 단독 투여는 치료 중 종양 성장을 억제하고 마우스 생존을 연장했다. 젬시타빈(gemcitabine)과 리보시클립(ribociclib)을 더한 3제 병용에서는 생존이 추가로 개선됐다. 생존시험은 군당 8마리로 수행됐으며, 4주 투여 주기 두 차례 사이에 1주 휴약기를 뒀다.
이 결과는 ZFTA-RELA 뇌실막종의 새로운 임상시험 설계에 단서를 제공한다. 다만 생체 내 병용 효과는 특정 환자유래 모델에서 확인됐다. 연구진도 뇌실막종 모델이 부족하고 종양 형성에 오랜 시간이 걸려 여러 모델에서 검증하기 어렵다고 설명했다. 환자의 치료 성공률이나 삶의 질 개선, 3제 병용의 임상 안전성을 입증한 연구는 아니다. 후속 임상시험에서 효과와 내약성을 평가해야 한다.
연구 방법과 결과는 Neuro-Oncology 논문 원문에서 확인할 수 있다.
BACKGROUND: Ependymoma (EPN) is the third most common pediatric brain tumor with no targeted therapies available to patients. In supratentorial ependymoma, the most frequent driver alteration is a gene fusion between ZFTA and RELA (denoted ZR), leads to constitutive localization of ZR in the nucleus. Because ZR is not currently druggable, we tested whether ZR expression leads to aberrant protein interactions that could represent therapeutic vulnerabilities. METHODS: Using CRISPR-Cas9 pooled screening, we identified many novel druggable ZR interacting proteins including XPO1, CARM1, SMARCA4, and CDK1. We focused on the nuclear export protein (XPO1), given the ability of most XPO1 inhibitors (i.e. Selinexor) to cross the blood brain barrier, FDA approval, and documented safety profiles in children. RESULTS: We found that specific nuclear ZR levels are needed for cell proliferation and are regulated by XPO1. Increased ZR accumulation in the nucleus does not increase oncogenic gene expression but drives tumor cells out of cell cycle, as compared to a defective ZR DNA binding mutant. Treatment of ZR driven patient-derived mouse models with Selinexor impairs cell growth and extends survival of animals in vivo. The combination of Selinexor treatment with Gemcitabine and Ribociclib (used in a clinical trial for relapsed EPN at St Jude Children's Research Hospital (SJDAWN)) further extends mouse survival. CONCLUSION: Our findings demonstrate that ZR interacting proteins constitute therapeutic leads, and that XPO1 is critical for titrating 'goldilocks' levels of ZR nuclear expression. We identify a novel combination therapy of Selinexor, Gemcitabine, and Ribociclib that may be immediately translated into clinical trials for EPN patients that are currently without targeted treatments. XPO1 inhibition is an effective therapeutic strategy against ZFTA-RELA ependymoma.
ZFTA-RELA를 직접 차단하기 어려운 상황에서, 융합 단백질의 핵내 양을 조절하는 XPO1을 대체 표적으로 검토할 근거가 생겼다. 적용 시나리오는 분자검사로 ZFTA-RELA 융합이 확인된 뇌실막종 환자를 대상으로 셀리넥소르 단독 또는 젬시타빈·리보시클립 병용의 임상시험을 설계하는 것이다. 기존 약물의 임상 경험은 개발에 참고할 수 있지만, 뇌실막종에서의 효과나 3제 병용 안전성을 대신 입증하지 않는다. 연구진이 제안한 소아·성인 환자 대상 평가로 나아가려면 용량과 내약성, 종양 반응을 확인해야 한다. 이번 결과는 후속 시험의 표적과 조합을 제시한 전임상 근거에 해당한다.