FOXM1 inhibition regulates downstream oncogenic signaling in lung cancer and immunomodulation

Abstract

암세포에는 면역체계의 공격을 회피하기 위해 면역관문 단백질 (immune checkpoint protein) 이 다량으로 발현하고 있으며 , PD-L1 (programmed death ligand 1) 과 같이 암세포에서 다량으로 발현하는 면역관문 단백질에 결합하여 T 세포 표면의 PD-1 (programmed cell death protein 1) 과의 상호작용을 방해하는 항체를 이용한 치료방법을 면역 관문 억제 (Immune Checkpoint Inhibition; ICI) 요법이라 한다 이러한 ICI 치료는 폐암을 비롯한 다양한 임종에서 그 치료효과가 높은 것으로 보고되어 있지만 , 빠르게 성장하는 큰 크기의 종양에서는 치료 효과가 기대수준에 미치지 못하며 정상조직 등 표적이 아닌 다른 생체기관에서 다양한 부작용이 보고되고 있다 또한 ICI 의 중요한 표적인 PD-L1 의 발현조절 메커니즘은 아직 완전히 밝혀지지 않고 있다 따라서 , 폐암에서 PD-L1 발현과 세포 증식을 동시에 억제할 수 있는 새로운 치료제 또는 치료전략의 개발은 해결되지 않은 숙제로 남아있다 본 연구에서 발암성 전사 인자인 FOXM1 (Forkhead Box Protein 1) 을 PD-L1 단백질의 발현 및 암세포 증식을 동시에 조절할 수 있는 잠재적 치료 표적으로 밝혀냈다 FOXM1 유전자 특이적 siRNA 에 의한 FOXM1 mRNA 발현 억제 또는 FOXM1 단백질 억제적인 TST (thiostrepton 은 비소세포폐암 (NSCLC) 세포의 증식을 억제할 뿐만 아니라 비소세포폐암 세포 표면의 PD-L1 발현을 현저하게 감소시켰다 또한 FOXM1 이 결합하는 DNA 절편의 ChIP PCR (chromatin 과 dual luciferase 측정을 통한 PD-L1 프로모터 부위의 전사활성 분석을 통하여, FOXM1 단백질이 PD-L1 프로모토에 직접 결합하여 PD-L1 의 발현을 조절함을 증명하였다 이와 더불어 , 마우스에 이식한 H 1299 및 PC9 세포에 의한 인간 비소세포암 조직에 대한 생체 내 TST 처리를 통해 암 조직의 PD-L1 발현을 유의하게 감소시키면서 동시에 종양 크기를 실질적으로 감소시킴을 밝혀냈다 더욱이 , 마우스 폐암세포인 LLC 1 (Lewis lung carcinoma 1) 이식에 의한 동종 종양 모델에서 anti 4 1BB 항체와 TST 의 병영처리를 통해 종양조직 내에서 치료의 상승효과를 확인하였으며 종양에 침윤하는 CD3+ T세포가 증가함을 발견함에 따라 FOXM 1 에 의한 PD-L1 감소가 종양미세환경의 T 세포를 증가시킴으 로써 상승적 치료 결과를 가져 오고 있음을 시사한다 따라서 선택적 FOXM1 siRNA 또는 TST 처리에 의한 FOXM1 억제 및 ICI 병용요법에 의한 치료는 증식률이 높은 폐암에서 PD-L1 발현 및 종양성장을 억제 조절하는 새로운 치료 접근법이 될 수 있음을 밝혀냈다. Although immune checkpoint inhibitors (ICIs) such as anti-programmed cell death protein 1 (PD-1) and anti-programmed death-ligand 1 (PD-L1) antibody-mediated immunotherapy have shown a high potency in lung cancer treatment, a variety of immune-related adverse events in non-target organs in addition to low treatment efficacy in rapidly growing large tumors majorly limit their clinical applications. In addition, the regulatory mechanism of PD-L1, an important target of ICIs, has not been fully elucidated. Therefore, the development of new therapeutic drugs or strategies that can inhibit PD-L1 expression and cell proliferation simultaneously in lung cancer is an ongoing challenge. In this study, Forkhead box protein M1 (FOXM1), an oncogenic transcription factor is revealed as a promising potential therapeutic target for the modulation of PD-L1 expression and cancer cell proliferation. siRNA-mediated FOXM1 knockdown or thiostrepton (TST), a FOXM1 inhibitor, inhibit proliferation as well as significantly reduces PD-L1 expression of H1299 and PC9 human non-small-cell lung cancer (NSCLC) cells. In addition, ChIP-PCR and luciferase assay reveal that FOXM1 binds directly to the PD-L1 promoter. Furthermore, TST treatment to mice significantly reduces tumor size and downregulates PD-L1 expression. Moreover, the combination of anti-4-1BB antibody and TST in mouse LLC-1 (Lewis lung carcinoma) syngeneic tumor model is associated with an increased CD3+ T-cell tumor infiltration and synergistic therapeutic outcomes. Therefore, the inhibition of FOXM1 by selective FOXM1 siRNA knockdown or treatment with TST is suggested as a novel therapeutic approach to modulate PD-L1 expression in combination with ICI in lung cancers with high proliferation rate.