isocitrate dehydrogenase 1 돌연변이 억제제 ivosidenib에 대한 내성은 대체 이량체로 극복될 수 있습니다.

Nature Communications 13권, 기사 번호: 4785(2022) 이 기사 인용

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이소시트레이트 탈수소효소 1(IDH1) R132C 및 R132H 변이체의 억제제인 ​​이보시데닙은 급성 골수성 백혈병(AML) 치료용으로 승인되었습니다. IDH1 R132C의 두 번째 부위 돌연변이로 인해 IDH1 R132C/S280F로 이어지는 이보시데닙에 대한 내성이 나타났습니다. 우리는 IDH1 이합체 인터페이스에서 억제제 결합의 조절과 운동 특성의 변경을 모두 포함하는 2차 부위 저항성 메커니즘에 대해 알려주는 IDH1 R132C/S280F 및 R132H/S280F 변종에 대한 생화학, 결정학 및 세포 연구를 설명합니다. 이는 IDH1 R132C 및 IDH1 R132H에 비해 보다 효율적인 2-HG 생산을 가능하게 합니다. 중요한 것은, 생화학적 및 세포적 결과는 현재 2상 임상 시험에 있는 일부를 포함하여 대체 억제제를 사용하여 AML 환자의 S280F 매개 내성을 극복하는 것이 가능해야 함을 보여줍니다.

암세포가 신진대사를 변화시킬 가능성이 있다는 것은 오랫동안 알려져 왔지만1, 이 지식이 치료적 이익을 위해 활용된 것은 최근에야 가능합니다. 인간에는 이소시트레이트의 전환을 촉매하여 2-옥소글루타레이트(2-OG)를 생성하는 세 가지 이소시트레이트 탈수소효소 이소형(IDH1-3)이 있습니다. IDH1/2는 NADP+를 보조인자로 사용하는 반면, 트리카르복실산(TCA) 회로의 일부인 IDH3은 NAD+4,5를 사용합니다. 이소시트레이트 탈수소효소 1(IDH1)과 2(IDH2)를 암호화하는 유전자에 대한 다양한 체세포 돌연변이로 인해 2-OG가 2-히드록시글루타레이트(2-HG)6,7,8,9로 환원되는 것을 촉매하는 능력이 실질적으로 증가된 변이체가 탄생합니다. 결과적으로, 잠재적으로 염색질 불안정화를 통해 종양 형성을 촉진하기 위해 2-HG 수준의 상승이 제안되었습니다. 암세포에서 가장 흔한 IDH1 변종은 R132H와 R132C11입니다.

다양한 IDH1 및 IDH2 억제제가 보고되어 있지만, 단 하나의 IDH1 억제제(ivosidenib)와 하나의 IDH2 억제제(enasidenib)만이 임상 용도, 즉 암세포가 IDH 변종을 만드는 급성 골수성 백혈병(AML) 치료용으로 승인되었습니다12,13. 그러나 IDH1 R132C/S280F를 생성하는 2차 부위 돌연변이의 결과로 이보시데닙 내성이 나타났으며, 현재까지 5건의 사례가 보고되었습니다14,15,16.

두 번째 부위 IDH1 S280F 치환이 이보시데닙에 대한 내성을 가능하게 하는 정확한 기계적 기초와 이보시데닙에 대한 것 이상의 IDH1 변이체 억제에 대한 결과는 불분명합니다14,15,16. 우리는 이러한 질문을 해결하는 IDH1 R132C/S280F 및 IDH1 R132H/S280F에 대한 생화학, 구조 및 세포 연구를 보고합니다. 분리된 효소에 대한 결과는 이량체 인터페이스에서의 억제제 결합 감소 및 동역학 특성의 변경을 포함하는 S280F 매개 저항의 메커니즘에 대해 알려주며 IDH1 R132C 또는 R132H에 비해 향상된 2-HG 생산을 가능하게 합니다. 중요한 것은 S280F 대체가 이보시데닙에 대한 내성을 유발한다는 결과가 밝혀졌지만 이는 몇몇 다른 IDH1 R132H 및 R132C 억제제의 경우에는 해당되지 않으며 그 중 일부는 2상 임상 시험 단계에 있습니다.

IDH1 S280F 매개 억제제 저항성 메커니즘을 조사하기 위해 확립된 프로토콜17,18을 사용하여 고도로 정제된 형태의 재조합 IDH1 R132C/S280F 및 R132H/S280F를 생산했으며, 비교를 위해 IDH1 R132C, IDH1 R132H, IDH1 야생형(wt), IDH1 S280F(IDH1 R132C 또는 R132H 제외) 및 IDH1 R132H/Q277E(보조 그림 1a). IDH1 R132H/Q277E 변종은 IDH2 돌연변이 억제제 에나시데닙에 대한 획득된 약물 내성이 (i) IDH2 R140Q/I319M 및 (ii) IDH2 R140Q/Q316E; IDH2 I319는 IDH1 S280과 상동성이고 IDH2 Q316은 IDH1 Q277과 상동성입니다(보충 그림 1b/c). IDH1 R132H 및 R132C에 대한 이전 연구와 일치하여 모든 재조합 단백질은 주로 용액에서 이량 체였으며 (보충 그림 1d-f) 두 개의 NADPH 분자와 공동 정제되었을 가능성이 높습니다 (IDH1 wt 및 R132H18에 대해보고되고 IDH1 R132C, 보충에 대해 표시됨) 그림 1g/h). 생물물리학적 연구에 따르면 S280F 치환은 2차 구조(보조 그림 1i)에 영향을 미치지 않지만, 이 치환은 IDH1 R132C 및 R132H 변종과 IDH1 wt(그림 1b, 보충 그림 1j)의 열역학적 안정성을 실질적으로 향상시킵니다. ). 후속 텍스트에서 언급된 모든 IDH 변종은 별도로 명시된 경우를 제외하고는 IDH1 기반입니다.