Radiation Response Modulation of GW572016 (EGFR/HER2 Dual Tyrosine Kinase Inhibitor) in Human Breast Cancer Xenografts

Purpose: We examined the effect of the dual EGFR/HER2 tyrosine kinase inhibitor, GW572016, on EGFR/HER2 receptor phosphorylation, inhibition of downstream signaling and radiosensitization in either an EGFR or HER2 overexpressing human breast cancer xenograft. Materials and Methods: We established SCID mice xenografts from 4 human breast cancer cell line that overexpressed EGFR or HER 2 (SUM 102, SUM 149, SUM 185, SUM 225). Two series of xenografts were established. One series was established for determining inhibition of the EGFR/HER2 receptor and downstream signaling activities by GW572016. The other series was established for determining the radiosensitization effect of GW572016. Inhibition of the receptor and downstream signaling proteins were measured by the use of immunoprecipitation and Western blotting. For determining the in vivo radiosensitization effect of GW572016, we compared tumor growth delay curves in the following four treatment arms: a) control; b) GW572016 alone; c) radiotherapy (RT) alone; d) GW572016 and RT. Results: GW572016 inhibited EGFR, HER2 receptor phosphorylation in SUM 149 and SUM 185 xenografts. In addition, the p44/42 MAPK (ERK 1/2) downstream signaling pathway was inactivated by GW572016 in the SUM 185 xenograft. In the SUM 225 xenograft, we could not observe inhibition of HER2 receptor phosphorylation by GW572016; both p44/42 MAPK (Erk1/2) and Akt downstream signal protein phosphorylation were inhibited by GW572016. GW572016 inhibited growth of the tumor xenograft of SUM 149 and SUM 185. The combination of GW572016 and RT enhanced growth inhibition greater than that with GW572016 alone or with RT alone in the SUM 149 xenograft. GW572016 appears to act as an in vivo radiosensitizer. Conclusion: GW572016 inhibited EGFR/HER2 receptor phosphorylation and downstream signaling pathway proteins. GW572016 modestly inhibited the growth of tumor in the SUM 185 xenograft and showed radiosensitization in the SUM 149 xenograft. Our results suggest that a better predictor of radiation response would be inhibition of a crucial signaling pathway than inhibition of a receptor.

인간 유방암 세포 이식마우스에서 EGFR/HER2 복합 Tyrosine Kinase 억제제인 GW572016에 의한 방사선증진효과

목적: EGFR, HER2 과발현 인간 유방암 세포를 이용한 종양이식 마우스에서 EGFR/HER2 복합 Tyrosine Kinase 억제제인 GW572016이 방사선반응성에 미치는 영향을 알아보고 종양조직의 EGFR/HER2수용체 억제효과 및 EGFR down stream signal pathway 단백인 ERK 1/2, PI3k/Akt 억제효과를 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: SUM 102와 SUM 149 EGFR 과발현 세포와 SUM 185, SUM 225 HER2 과발현 세포를 우측 옆구리 피하에 접종하여 종양이식마우스를 만들었다. 이식마우스는 2군으로 나누어 한 군은 GW572016에 의한 EGFR/HER2 수용체 억제와 down stream signal 단백의 활성 변화를 Immunoprecipitation과 Western blot의 방법을 사용하여 관찰하였고 다른 한군은 GW572016에 의한 방사선감수성 변화를 알아보기 위해 1) 대조군, 2) GW572016 단독군, 3) 방사선단독군, 4) GW572016+방사선병용투여군으로 나누어 종양성장을 비교 관찰하였다. GW572016에 의해서 SUM 149, SUM 185이식종양에서 EGFR및 HER2 수용체의 활성이 억제되었으며 특히 SUM 185, HER2 과발현 이식종양에서는 ERK 1/2 down stream 단백의 활성도 억제되었다 SUM 225 HEH2 과발현 이식종양에서는 이전의 in vitro실험에서와 달리 GW572016에 의해 HER2수용체의 활성변화가 없었으나 ERK 1/2, Akt의 활성은 모두 억제되었다. GW572016에 의해 SUM 149과 SUM 185에서 종양성장억제효과가 관찰되었고 특히 SUM 149에서는 GW572016과 방사선치료병용군에서 종양성장억제효과가 좀더 뚜렷하여 방사선감수성을 증가시키는 것으로 생각되었다. 결 론: GW572016은 EGFR 혹은 HER2 과발현 유방암세포에서 EGFR/HER2 수용체 억제와 down stream signal 단백의 활성을 억제시켰으며 SUM 149에서는 방사선감수성을 증가시키는 것으로 생각된다. 향후 EGFR을 표적으로 하는 억제제치료에서 EGFR 수용체억제뿐 아니라 down stream 단백의 활성억제 여부가 방사선 감수성 및 저항성의 극복과 관련이 있으리라는 근거를 설명할 수 있으며 향후 좀더 깊이 있는 연구가 필요하다.