Recent progress in understanding the molecular basis of cancer brought out new materials such as oligonucleotides, genes, peptides and proteins as a source of new anticancer agents. Due to their macromolecular properties, however, new strategies of delivery for them are required to achieve their full therapeutic efficacy in clinical setting. Development of improved dosage forms of currently marketed anticancer drugs can also enhance their therapeutic values. Currently developed delivery systems for anticancer agents include colloidal systems (liposomes, emulsions, nanoparticles and micelles), polymer implants and polymer conjugates. These delivery systems have been able to provide enhanced therapeutic activity and reduced toxicity of anticancer agents mainly by altering their pharmacokinetics and biodistribution. Furthermore, the identification of cell-specific receptor/antigens on cancer cells have brought the development of ligand- or antibody-bearing delivery systems which can be targeted to cancer cells by specific binding to receptors or antigens. They have exhibited specific and selective delivery of anticancer agents to cancer. As a consequence of extensive research, clinical development of anticancer agents utilizing various delivery systems is undergoing worldwide. New technologies and multidisciplinary expertise to develop advanced drug delivery systems, applicable to a wide range of anticancer agents, may eventually lead to an effective cancer therapy in the future.
Park, Choa;Lee, Yejin;Je, Soyeon;Chang, Shengzhi;Kim, Nayoung;Jeong, Euna;Yoon, Sukjoon
Molecules and Cells
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v.42
no.11
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pp.804-809
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2019
Oncogenic gain-of-function mutations are clinical biomarkers for most targeted therapies, as well as represent direct targets for drug treatment. Although loss-of-function mutations involving the tumor suppressor gene, STK11 (LKB1) are important in lung cancer progression, STK11 is not the direct target for anticancer agents. We attempted to identify cancer transcriptome signatures associated with STK11 loss-of-function mutations. Several new sensitive and specific gene expression markers (ENO3, TTC39C, LGALS3, and MAML2) were identified using two orthogonal measures, i.e., fold change and odds ratio analyses of transcriptome data from cell lines and tissue samples. Among the markers identified, the ENO3 gene over-expression was found to be the direct consequence of STK11 loss-of-function. Furthermore, the knockdown of ENO3 expression exhibited selective anticancer effect in STK11 mutant cells compared with STK11 wild type (or recovered) cells. These findings suggest that ENO3-based targeted therapy might be promising for patients with lung cancer harboring STK11 mutations.
Doxorubicin (DOX) is one of the most effective anticancer agents used for the treatment of multiple cancers; however, its use is limited by its short half-life and adverse drug reactions, especially cardiotoxicity. In this study, we found that the conjugate of DOX with APTA12 (Gemcitabine incorporated G-quadruplex aptamer) was significantly more cancer selective and cytotoxic than DOX. The conjugate had an affinity for nucleolin, with higher uptake and retention into the cancer cells than those of DOX. Further, it was localized to the nucleus, which is the target site of DOX. Owing to its mechanism of action, DOX has the ability to intercalate into the nucleotides thus making it a suitable drug to form a conjugate with cancer selective aptamers such as APTA12. The conjugation can lead to selectively accumulate in the cancer cells thus decreasing its potential nonspecific as well as cardiotoxic side effects. The aim of this study was to prepare a conjugate of DOX with APTA12 and assess the chemotherapeutic properties of the conjugate specific to cancer cells. The DOX-APTA12 conjugate was prepared by incubation and its cytotoxicity in MCF-10A (non-cancerous mammary cells) and MDA-MB-231 (breast cancer cells) was assessed. The results indicate that DOX-APTA12 conjugate is a potential option for chemotherapy especially for nucleolin expressing breast cancer with reduced doxorubicin associated side effects.
Jae-Sung Park;Min Ju Lee;Seong Bin Jo;Young Ae Joe
Biomolecules & Therapeutics
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v.31
no.1
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pp.1-15
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2023
Autophagy is a process of eliminating damaged or unnecessary proteins and organelles, thereby maintaining intracellular homeostasis. Deregulation of autophagy is associated with several diseases including cancer. Contradictory dual roles of autophagy have been well established in cancer. Cytoprotective mechanism of autophagy has been extensively investigated for overcoming resistance to cancer therapies including radiotherapy, targeted therapy, immunotherapy, and chemotherapy. Selective autophagy inhibitors that directly target autophagic process have been developed for cancer treatment. Efficacies of autophagy inhibitors have been tested in various pre-clinical cancer animal models. Combination therapies of autophagy inhibitors with chemotherapeutics are being evaluated in clinal trials. In this review, we will focus on genetical and pharmacological perturbations of autophagy-related proteins in different steps of autophagic process and their therapeutic benefits. We will also summarize combination therapies of autophagy inhibitors with chemotherapies and their outcomes in pre-clinical and clinical studies. Understanding of current knowledge of development, progress, and application of cytoprotective autophagy inhibitors in combination therapies will open new possibilities for overcoming drug resistance and improving clinical outcomes.
Telomerase reverse transcriptase (TERT), which prolongs the replicative life span of cells, is highly upregulated in 85-90% of human cancers, whereas most normal somatic tissues in humans express limited levels of the telomerase activity. Therefore, TERT has been a potential target for anticancer therapy. Recently, we described a new approach to human cancer gene therapy, which is based on the group I intron of Tetrahymena thermophila. This ribozyme can specifically mediate RNA replacement of human TERT (hTERT) transcript with a new transcript harboring anticancer activity through a trans-splicing reaction, resulting in selective regression of hTERT-positive cancer cells. However, to validate the therapeutic potential of the ribozyme in animal models, ribozymes targeting inherent transcripts of the animal should be developed. In this study, we developed a Tetrahymena-based trans-splicing ribozyme that can specifically target and replace the mouse TERT (mTERT) RNA. This ribozyme can trigger transgene activity not only also in mTERT-expressing cells but hTERT-positive cancer cells. Importantly, the ribozyme could selectively induce activity of the suicide gene, a herpes simplex virus thymidine kinase gene, in cancer cells expressing the TERT RNA and thereby specifically hamper the survival of these cells when treated with ganciclovir. The mTERT-targeting ribozyme will be useful for evaluation of the RNA replacement approach as a cancer gene therapeutic tool in the mouse model with syngeneic tumors.
Tumor hypoxia, a common feature occurring in nearly all human solid tumors is a major contributing factor for failures of anticancer therapies. Because ionizing radiation depends heavily on the presence of molecular oxygen to produce cytotoxic effect, the negative impact of tumor hypoxia had long been recognized. In this review, we will highlight some of the past attempts to overcome tumor hypoxia including hypoxic radiosensitizers and hypoxia-selective cytotoxin. Although they were (still are) a very clever idea, they lacked clinical efficacy largely because of 'reoxygenation' phenomenon occurring in the conventional low dose hyperfractionation radiotherapy prevented proper activation of these compounds. Recent meta-analysis and imaging studies do however indicate that there may be a significant clinical benefit in lowering the locoregional failures by using these compounds. Latest technological advancement in radiotherapy has allowed to deliver high doses of radiation conformally to the tumor volume. Although this technology has brought superb clinical responses for many types of cancer, recent modeling studies have predicted that tumor hypoxia is even more serious because 'reoxygenation' is low thereby leaving a large portion of hypoxic tumor cells behind. Wouldn't it be then reasonable to combine hypoxic radiosensitizers and/or hypoxia-selective cytotoxin with the latest radiotherapy? We will provide some preclinical and clinical evidence to support this idea hoping to revamp an enthusiasm for hypoxic radiosensitizers or hypoxia-selective cytotoxins as an adjunct therapy for radiotherapy.
Bae, Yoonhee;Kim, Goo-Young;Jessa, Flores;Ko, Kyung Soo;Han, Jin
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.26
no.1
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pp.15-24
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2022
The development of selective targeting of drug molecules towards the mitochondria is an important issue related to therapy efficacy. In this study, we report that gallic acid (GA)-mitochondria targeting sequence (MTS)-H3R9 exhibits a dual role as a mitochondria-targeting vehicle with antioxidant activity for disease therapy. In viability assays, GA-MTS-H3R9 showed a better rescue action compared to that of MTS-H3R9. GA-MTS-H3R9 dramatically exhibited cell penetration and intercellular uptake compared to MTS and fit escape from lysosome release to the cytosol. We demonstrated the useful targeting of GA-MTS-H3R9 towards mitochondria in AC16 cells. Also, we observed that the antioxidant properties of mitochondrial-accrued GA-MTS-H3R9 alleviated cell damage by reactive oxygen species production and disrupted mitochondrial membrane potential. GA-MTS-H3R9 showed a very increased cytoprotective effect against anticancer activity compared to that of MTS-H3R9. We showed that GA-MTS-H3R9 can act as a vehicle for mitochondria-targeting and as a reagent for therapeutic applications intended for cardiovascular disease treatment.
Kang Kyoung-Ah;Lee Kyoung-Hwa;Chae Sung-Wook;Kim Jeong-Ki;Seo Jung-Yeon;Ham Yong-Ho;Lee Kee-Ho;Kim Bum-Joon;Kim Hee-Sun;Kim Dong-Hyun;Hyun Jin Won
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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v.11
no.1
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pp.7-12
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2006
Telomerase activation is detected in most cancerous cells; hence, telomerase is a highly selective target for cancer therapy, which plays an important role in the apoptotic process. We have previously reported that the ginseng saponin metabolite, Compound K (20-O-D-glucopyranosyl-20(S)-protopanaxadiol, IH901), inhibits cell proliferation by inducing apoptosis and cell cycle arrest at the $G_1$ phase. The present study investigated the regulation of telomerase activity in Compound K treated U937 cells. Compound K treatment caused a reduction in telomerase activity and down-regulated the human telomerase reverse transcriptase (hTERT) gene, resulting in the decreased expressions of its protein, and of the c-Myc and Spl proteins (transcription factors of hTERT). These results indicate that the anticancer activity of Compound K could be mediated by inhibition of the telomerase activity.
Purpose: Extracellular signal-regulated kinase (ERK), which is part of the mitogen-activated protin kinase cascade, opposes initiation of the apoptotic cell death which is programmed by diverse cytotoxic stimuli. In this regard, the inhibition of ERK may be useful in improving the therapeutic efficacy of established anticancer agents. Materials and Methods: Murine hepatocarcinoma, HCa-I is known to be highly radioresistant with a TCD50 (radiation dose yield in $50\%$ cure) of more than 80 Gy. Various anticancer drugs have been found to enhance the radioresponse of this particular tumor but none were successful. The objective of this study was to explore whether the selective inhibition of MEK could potentiate the antitumor efficacy of radiation in vivo, particularly in the case on radioresistant tumor. C3H/HeJ mice hearing $7.5\~8\;mm$ HCa-I, were treated with PD98059(intratumoral injection of $0.16\;\mug/50\;\mul$). Results: Downregulation on ERK by PD98059 was most prominent 1h after the treatment. In the tumor growth delay assay, the drug was found to Increase the effect of the tumor radioresponse with an enhancement factor (EF) of 1.6 and 1.87. Combined treatment of 25 Gy radiation with PD98059 significantly increased radiation induced apoptosis. The peak apoptotic index (number on apoptotic nuclei in 1000 nuclei X100) was $1.2\%$ in the case of radiation treatment alone, $0.9\%$ in the case of drug treatment alone and $4.9\%,\;5.3\%$ in the combination treatment group. An analysis of apoptosis regulating molecules with Western blotting showed upregulation of p53, p$p21^{WAF1/CIP1}\;and\;Bcl-X_s$ in the combination treatment group as compared to their levels in either the radiation alone or drug alone treatment groups. The level of other molecules such as $Bcl-X_L4, Bax and Bcl-2 were changed to a lesser extent. Conclusion: The selective inhibition of MEK in combination with radiation therapy may have potential benefit in cancer treatment.
Kim, Youn Seup;Park, Jae Seuk;Jee, Young Koo;Lee, Kye Young
Tuberculosis and Respiratory Diseases
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v.56
no.2
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pp.178-186
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2004
Background : Photodynamic therapy (PDT) is a new therapeutic method aimed at the selective destruction of cancer cells. The outcome is death of cancer cells through apoptosis or necrosis. The aim of this study was to investigate the characterization of PDT induced cell death in A549 lung cancer cells. Materials and methods : A549 cells were used as the lung cancer cell. 5 aminolevulinic acid (ALA) was used as the photosensitizer and a 632nm diode laser (Biolitec, Germany) as the light source. Cells were incubated with various concentrations of ALA. The 632nm diode laser was then administered for various laser irradiation times. The treated cells were incubated with 24, 48 and 72 hours. The cell viabilities were measured using the crystal violet assay and light microscopy. To observe the cell death mechanism after PDT, cells were observed under fluorescence microscopy after double staining with Hoechst 33342 and propium iodide after PDT. Results : In the crystal violet assay at 24 hours after PDT with a $3.2J/cm^2$ laser irradiation power, the cell viabilities were $89.56{\pm}4.11$, $87.67{\pm}5.48$, and $69.37{\pm}8.84$ with ALA concentrations of 10, 100, and $1mg/m{\ell}$, respectively. In crystal violet assay at 24 hours after PDT with $1mg/m{\ell}$ of ALA, the cell viabilities were $74{\pm}19.85$, $55{\pm}6.1$, and $49.06{\pm}16.64%$ with 1.6, 3.2 and $6.4J/cm^2$ laser irradiation powers, respectively. However, increasing the interval time after PDT did not change the cell viabilities. In the apoptosis assay, photodynamic therapy was inducing the apoptotic cell death. Conclusions : This study shows the apoptotic anticancer effect of photodynamic therapy in A549 lung cancer cells. However, further evaluations with other cancer cells and photosensitizers are necessary.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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