에스트로겐 수용체 베타 (ERβ)

 

에스트로겐 수용체 베타 (ERβ) : 리간드 활성화 종양 억제자

www.frontiersin.org/articles/10.3389/fonc.2020.587386/full

 

에스트로겐 수용체 알파 (ERα) 및 에스트로겐 수용체 베타 (ERβ)

=DNA 결합 도메인 내에서 ERα와 ERβ는 97 % 상동성을 공유하며 유사한 DNA 서열에 결합할 수 있다.

=두 개의 ER이 반대 방식으로 증식을 조절한다.

=ERα와 ERβ는 별도의 염색체에서 고유한 유전자에서 발현됩니다

 

=ERβ는 예후와 다른 연관성을 보여주는 여러 isoform을 가지고 있습니다.

=전장 ERβ1 이소폼의 발현 수준은 종종 정상 조직에 비해 공격적인 암에서 더 낮습니다.

=높은 ERβ1 발현은 유방암 여성의 전반적인 생존율 향상과 관련이 있습니다.

 

잠재적인 표적 요법으로서 ERβ 활성화의 약속은 화학 요법에 비해 부작용이 거의 없는 여러 종양 억제 경로의 동시 활성화를 기반으로 합니다.

 

그러므로, ERβ는 광범위한 종양억제 활성을 가진 핵 수용체로, 유방암을 포함한 다양한 인간 암에서 잠재적인 치료 표적 역할을 할 수 있습니다.

 

에스트로겐은 세포의 성장과 기본 및 보조 생식 기관의 분화에 중요한 역할을 합니다.

인간 혈장에서 생물학적 에스트로겐 활성의 대부분을 차지하는 17β 에스트라 디올의 작용을 포함한 에스트로겐의 작용은 에스트로겐 수용체에 의해 매개됩니다.

 

여기에는 ERα 및 ERβ를 포함한 전사 활성 에스트로겐 수용체 및 막 국소 에스트로겐 수용체, 즉 G 단백질 결합 에스트로겐 수용체 (GPR30) 및 원형질막에 국한되는 ERα 및 ERβ의 팔미토일화 된 형태가 포함됩니다.

 

Estradiol은 ERα와 ERβ의 전사 효과를 통해 세포 기능에 대한 장기적인 효과를 매개하는 반면, 막 국소 에스트로겐 수용체는 빠른 신호 전달 효과를 매개합니다.

 

ERα와 마찬가지로 estradiol, estrone 및 estriol을 포함한 에스트로겐 화합물은 ERβ를 활성화합니다.

ERα에 비해 ERβ는 더 높은 친화도로 estriol 및 ring B 불포화 에스트로겐에 결합하는 반면, 17β-estradiol 및 estrone의 경우 그 반대입니다.

 

반면에 dihydrotestosterone 대사 산물인 5-androstenediol과 3β androstanediol은 ERα보다 ERβ에 대해 상대적으로 선택적 (3 배)입니다 ( 11 ).

 

 

표 1. 주요 에스트로겐 수용체 리간드의 구조 및 ERα 및 Erβ에 대한 결합 친화성.

 

종양 억제 기능의 메커니즘 : ERα와 ERβ의 주요 차이점

높은 ERβ1 발현은 유방암 여성의 전체 생존율과 관련이 있습니다. ( 20 , 21). 

대조적으로, ERβ2 과발현은 특정 상황에서 불량한 결과와 관련이 있습니다. ( 22 )

 

ERβ와 ERα가 모두 많은 조직에서 발현된다는 점을 감안할 때, 한 가지 핵심 질문은 이들이 시너지 효과를 내는지 또는 적대적으로 작용하는지 입니다.

 

선택적 ERβ 활성화가 ERα에 의해 유도된 증식을 감소시킬 수 있음을 시사합니다 ( 19 ).

ERα에 대한 ERβ의 반대 작용과 우세는 왜 ERβ가 에스트로겐의 증식 효과의 부정적인 조절자인지 설명할 수 있습니다.

 

ER 양성 유방암 세포주에서 ERβ 녹다운은 침습성 표현형을 유도하고, 고정 독립 증식을 증가시키며, EGFR 신호를 상승 시킨다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 

=에스트로젠 베타가 없으면 암이 더 커진다는 말...

 

이것은 본질적으로 협력적인 EGFR 신호 전달에 대한 ERα의 효과와 대조되며 ERβ 유도가 앵커리지 독립적인 증식 및 침습성을 감소시키는 방법을 설명할 수 있습니다 ( 49 , 50 ).

 

AP-1 및 SP1 매개 전사의 표적 중 하나인 세포 분열 단백질 cyclin D1 ( CCND1 )은 ERα에 의해 상향 조절되고 에스트로겐 매개 증식을 유도합니다 .

CCND1프로모터는 cAMP 반응 요소와 AP-1 결합 부위를 포함하며, 둘 다 사이클린 D1의 ERα 매개 전사 상향 조절에서 부분적으로 중복되는 역할을 합니다. 

 

놀랍게도 ERβ에 의한 이 프로모터의 활성화는 항 에스트로겐에서만 발생하는 것으로 나타났습니다.

 

ERα를 과발현하는 세포에서 cyclin D1 전사를 상향 조절하는 Estradiol은 ERβ를 과발현하는 세포에서 전사를 억제합니다.

또한, ERβ의 존재는 에스트라디올의 존재하에 ERα에 의한 사이클린 D1의 전사 상향 조절을 억제하는 것으로 밝혀졌으며, 이는 ERβ가 ERα 매개 사이클린 D1 전사에 지배적인 부정적인 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.

 

cyclin D1 유전자 발현의 활성화와 관련하여 ERα에 대한 ERβ의 반대 작용과 우세는 왜 ERβ가 에스트로겐의 증식 효과의 부정적인 조절자인지 설명할 수 있습니다.

 

Human MutS homolog-2 (hMSH2)는 유전성 비 폴립증 대장암에서 돌연변이된 종양 억제자입니다.

ERα와 ERβ는 상호 작용의 특성이 다르지만 불일치 복구 단백질과 상호 작용합니다 .

ERα와 hMSH2는 리간드 의존적 방식으로 상호 작용하는 반면 ERβ와 hMSH2는 리간드 독립적 방식으로 상호작용합니다.

 

일시적 형질 감염 분석에서 hMSH2는 리간드 결합 ERα의 전사 활성화 기능을 강화했지만 ERβ의 기능은 강화하지 않았습니다.

이것은 hMSH2가 ERα 의존성 유전자 발현의 공동 활성화제 역할을 할 수 있지만 ERβ의 역할은 할 수 없음을 시사한다.

 

또 다른 주요 차이점은 내분비암과 비 내분비암 모두에서 발암성 공동 활성화제인 스테로이드 수용체 보조 활성화제 3 (SRC-3) / AIB-1과의 상호 작용입니다.

SRC-3 발현은 ERα 발현과 양의 연관이 있는 반면, ERβ의 발현과 역 연관이 있었다 .

 

동일한 연구에서, 타목시펜으로 처리된 HER2 양성 원발 종양 세포주는 에스트로겐 반응 요소에 대한 SRC-3 동원을 유도하고 SRC-3와 ERα의 상호 작용을 향상시켰지만 ERβ는 그렇지 않았습니다.

타목시펜이 있는 상태에서 ERβ가 아닌 ERα에 의한 시스-조절 요소에 대한 SRC-3의 선택적 동원은 암 결과와 관련하여 이전에 연구된 두 에스트로겐 수용체간의 차이점 중 일부를 설명할 수 있습니다.

 

Estradiol은 ERα 의존 방식으로 MCF-7 유방암 세포주 이종 이식편의 증식을 증가시키고 종양 형성을 유발합니다. 

대조적으로, MCF7 세포에서 ERβ의 과발현은 시험관 내 증식을 감소시키고 보충 에스트라디올의 존재하에 마우스에서 종양 형성을 방지합니다. 

 

ERβ 및 ERα는 에스트라디올의 존재하에 유방암 세포주에서 다양한 종양 유전자 및 종양 억제 인자의 증식 및 발현에 반대 효과를 나타냈다.

 

흥미롭게도, 특정 맥락에서 ERβ 활성화는 혈청 및 글루코 코르티코이드 의존성 키나아제 및 PIM1 발현의 상향 조절과 관련이 있는 것으로 나타났으며 , 둘 다 기능 측면에서 Akt와 일부 중복됩니다.

 

마찬가지로 여러 다른 천연물 에스트로겐 수용체 리간드는 에스트로겐 효과가 있으며 유방암에서 화학 예방 효과를 가질 수 있습니다 .

 

예를 들어, 콩 제품에 존재하는 이소플라본 화합물 genistein 및 daidzein은 에스트로겐 유사 효과가 약합니다 .

연구에 따르면 이 두 화합물 모두 저농도에서 ERα + MCF7 유방암 세포의 증식을 증가시키는 반면 더 높은 용량에서는 억제합니다.

 

대조적으로, ERα-ve 세포 (MDA-MB-231)에서는 이 2 상 ​​효과가 관찰되지 않습니다.

오히려 이 두 식물성 에스트로겐은 모두 항 증식 효과를 나타냅니다.

 

이 데이터는 genistein과 daidzein 모두 ERα를 통해 증식 효과 (저용량에서)를 발휘하는 반면 ER + 및 ER– 세포 모두에서 낮은 수준으로 발현되는 ERβ는 이러한 작용에 반대하여 항 증식, 항 침습 및 항 -이동 효과 및 심오한 대사 효과 ( 80 ).

 

 

유방암 세포를 대상으로 한 연구에서도 에스트로겐 수용체와 TP53의 상호 작용에서 주요 차이점이 입증되었습니다 .

 

ERα는 SUV39H1 / H2를 동원하여 히스톤 H3 라이신 9 트리메틸화를 유도하여 TP53 활성화 전사를 침묵시킵니다.

이 효과는 ERβ가 활성화하는 헤테로 크로마틴과 반대되는 효과입니다.

 

히스톤 H3 라이신 4 트리메틸화 및 RNA 중합 효소 II 동원을 ERα 억제 TP53 활성화 유전자로 유도함으로써 형태를 형성합니다 .

ERβ는 또한 ERα에 비해 증가된 친화도로 아릴 탄화수소 핵 전이자 (ARNT)에 결합하여 ARNT가 ERβ의 선택적 공동 활성화제임을 시사합니다 . 

 

ERβ와 ARNT의 이러한 연관성은 아릴 탄화수소 핵 전이자 수준의 하향 조절을 통해 저산소증 유도 인자 -1α 매개 혈관 신생 인자의 상향 조절에 고유한 영향을 미쳐 저산소 신호 전달 및 혈관 신생을 억제할 수 있습니다.

 

 

전립선 암에서 ERβ의 손실은 prolyl hydroxylase 2의 전사 하향 조절을 유도하여 HIF1-α hydroxylation을 감소시켜 von Hippel-Lindau 종양 억제제에 의한 유비퀴틴화를 감소시키고 HIF1α 단백질 발현을 증가시킵니다 .

 

 

ERβ와 ERα의 추가 차이점은 ERβ가 HSP27과 상호 작용하는 능력에 있습니다.

 

ERα가 아닌 ERβ에 의해 ​​선택적으로 상향 조절되는 것으로 나타난 유전자 중 하나는 TFGβ- 유도성 초기 유전자 -1 / Kruppel Like Factor 10 (KLF10)입니다.

 

ERα 및 ERβ의 AF1 도메인에서 낮은 수준의 서열 보존과 일치하여 이 효과는 ERβ AF1 도메인에 의해 매개됩니다.

이 유전자의 단백질 생성물은 췌장암 세포주에서 세포 사멸을 유도합니다.

이러한 세포 생존력의 감소는 산화 스트레스의 유도 때문일 수 있습니다 . 

 

 

ERα와 ERβ의 또 다른 주목할만한 차이점은 UPR (Unfolded Protein Response)에 미치는 영향입니다. 

 

ERβ 특이적 작용제 ERB-041은 UPR의 고전적인 화학 활성제인 튜니카마이신에 의해 유도된 UPR 관련 IRE1α 및 XBP1 스 플라이싱을 약화시키고 반대로 UPR은 ERβ 발현을 하향 조절하는 것으로 나타났습니다.

 

또한, ERβ1은 XBP-1 스플라이싱을 약화시키고 E3 리가제 synoviolin 1을 상향 조절하여 IRE1α의 분해를 유도하여 유방암 세포를 소포체 (ER) 스트레스에 민감하게하는 것으로 나타났습니다.

 

대조적으로, 스플라이싱되고 스플라이싱되지 않은 XBP-1은 리간드 독립적인 ERα 전사 활성을 유도합니다.

또한 XBP-1 ERα 발현 세포주에서 ERα 상향 조절된 유전자이다 .

 

ERα와 ERβ의 주요 차이점은 표 2에 요약되어 있습니다.

 

 

ERβ의 세포 비자율적 효과

암세포의 생존력을 직접 억제하는 역할 외에도 ERβ는 세포 비자율 메커니즘을 통해 생체 내 암세포에 영향을 미칩니다. 

 

마우스의 TNBC 이종 이식 모델에서 매우 선택적 작용제인 LY500307의 효과를 보고했습니다.

그들은 이 모델에서 폐 전이의 억제를 관찰하고 LY500307에 노출되었을때 암세포에 의한 IL-1β 분비 증가를 보여 주었으며, 그 결과 종양으로의 호중구 모집이 증가하고 퇴행했습니다.

 

이러한 결과는 ERβ 활성화가 면역 세포를 종양 미세 환경으로 모집할 수 있음을 시사합니다. 

 

특히, 에스트로겐에 의해 유도된 ERβ 활성화는 자궁 내막암 모델에서 NLRP3 염증체 활성화 (IL-1β 처리 및 분비를 위한 주요 업스트림 경로)를 유발하는 것으로 나타났지만, 이 모델에서는 전 종양 역할이 제안되었습니다.

흥미롭게도 ERβ는 에스트로겐에 의한 비 악성 부인과 질환인 자궁 내막증에서 전 염증 역할을 하는 것으로 나타났습니다. 

 

ERβ는 정상적인 자궁 내막에 비해 자궁 내막 조직에서 여러 배 높은 수준으로 발현됩니다.

 

ERβ의 과발현은 생쥐의 자궁 내막 병변의 성장을 향상시키고 NALP3, caspase-1 및 caspase 9와 같은 NLRP3 염증체의 구성 요소와 상호 작용하며 pro-IL-1β의 활성 형태로의 처리를 유도합니다.

 

또한, 대식세포 염증성 단백질 1α, 대식세포 염증성 단백질 2, IL-16, 단핵구 화학 유인 단백질 5, B 림프구 화학 유인제 및 골수성 세포 (TREM1)에서 발현되는 트리거링 수용체와 같은 몇 가지 다른 염증 매개체가 ERβ 과발현시 상향 조절되었습니다.

그러나 다른 사이토카인은 TNF-α, 인터페론 감마에 의해 유도된 모노카인, 대식세포 콜로니 자극 인자 (M-CSF), 인터페론 감마 유도성 단백질 10 / CXCL10 및 각질 세포 화학 유인제 / CXCL1과 같은 하향 조절되었습니다.

 

반대로, 몇몇 연구는 다른 맥락에서 ERβ에 대한 항 염증 역할을 제안합니다. 

예를 들어, 선택적 작용제에 의한 ERβ 활성화는 억제 복합체를 형성하는 공동 활성화제 SRC-2를 동원하여 TNFα 유도 유전자 발현을 억제하는 것으로 나타났습니다 .

 

ERβ 활성화는 전립선 암 세포주에서 NF-κB 활성화 및 다중 사이토 카인 분비를 억제합니다

또한, ERβ 선택적 작용제인 LY3201은 다른 ERβ 작용제인 5-androsten-3β, 17β-diol / ADIOL과 마찬가지로 탈수 초 장애의 쥐 모델에서 NF-κB 활성화 및 신경 염증을 억제했습니다.

 

따라서 면역 활성화에 대한 ERβ 활성화의 파급 효과를 각 질병 상황에서 개별적으로 분석해야 하며, 리간드 특이적 효과의 가능성을 염두에 두고 면역 활성화에 대한 순 효과를 결정해야 합니다.

 

 

다양한 암 유형에서 ERβ 발현 및 역할

ERβ는 다양한 생물학적 맥락에서 종양 억제제로 기능한다는 점에서 독특합니다.

ERβ는 유방암, 전립선암, 폐암, 교모세포종, 갑상선암 및 난소암을 포함한 다양한 암 유형과 관련이 있습니다 ( 15 – 19 ).

 

=보조 호르몬 요법으로 치료할 때 ERβ 상태가 유방암 여성의 생존 예측 인자

=암세포의 10 % 이상에서 ERβ의 발현이 생존율 향상과 관련이 있음

 

유방암에서 ERβ의 작용 메커니즘을 완전히 이해하지 못합니다.

유방암에서 ERβ의 역할을 완전히 특성화하고, 따라서 치료 전략으로서의 잠재력을 결정하기 위해서는 고도로 특이적이고 선택적인 작용제가 필요합니다.

 

고도로 특이적인 억제제의 개발은 대부분의 유방암에서 ERα의 동시 발현을 고려할때 유방암에 대한 이 전략의 적용과 특히 밀접합니다.

 

 

인간 남성 전립선에서 ERβ는 간질 및 내강 상피 세포에서 발현됩니다 .

 

ER-녹아웃 마우스를 사용한 연구에 따르면 ERβ 유전자가 없는 마우스는 관련 호르몬을 추가하면 전립선암이 증가하는 속도로 진행되는 것으로 나타났습니다 ( 139 ).

ERβ는 전립선 분화 및 증식에 역할을 할 수 있으며, 전립선암의 초기 단계와 안드로겐 비의존성 종양 성장을 모두 조절할 수 있습니다 ( 1 ).

 

 

폐암에서 ERβ의 역할과 관련하여 이용 가능한 데이터는 실험적 맥락에 따라 종양 원성 역할과 종양 억제 역할을 모두 제안합니다.

 

건강한 폐 조직에서 폐 세포와 기관지 상피 세포 모두 ERβ를 발현합니다.

또한 폐에서 세포 외 기질 유지에도 필요합니다 .

ERβ는 특정 실험 상황에서 비소세포성 폐암 세포의 증식을 자극합니다 .

따라서 비소세포성 폐암에서 ERβ의 효과는 복잡하며 다른 악성 종양에서 하는 전형적인 종양 억제 역할과는 다를 수 있습니다.

 

 

한 연구에 따르면 교모세포종 세포는 주로 ERβ1 및 ERβ5 동형과 ERβ2 및 ERβ4 동형을 더 적은 정도로 발현합니다 .

ERβ 녹아웃 인간 GBM 세포주는 침습적 특성이 증가하고 ERβ1의 재도입은 이러한 효과를 역전시킵니다.

 

대조적으로, ERβ5의 과발현은 실제로 앵커리지 독립적 성장을 증가시켰다.

생체 내에서, U251-ERβ-KO GBM 이종 이식편에서 ERβ1의 발현은 더 긴 생존과 관련이 있었고 종양 억제 효과가 있는 유일한 이소형이었습니다.

 

 

에스트로겐 수용체 베타는 호지킨 림프종에서 치료적 관련성을 가질 수 있습니다.

 

한 기사는 ERβ 작용제 2,3-비스 (4-하이드록시 페닐)-프로피오니트릴 (DPN)이 호지킨 림프종 세포 성장을 최대 60 %까지 줄일 수 있다고 제안합니다.

감소된 세포 성장의 메커니즘은 손상 조절 자가 포식 조절자 2 (DRAM2) 및 단백질 1 경쇄 3의 과발현을 통해 제안되었습니다.

 

 

에스트로겐 수용체 베타의 발현도 난소암 환자에게 영향을 미치는 것으로 보인다.

 

한 연구에 따르면 세포질 ERβ를 발현하는 난소 종양 환자는 종양이 수용체를 발현하지 않는 환자에 비해 생존 기간이 연장되었습니다 ( 151 ).

흥미롭게도 다른 연구에서는 ERα 또는 ERβ의 핵 발현이 임상 결과와 관련이 없다는 결론을 내렸습니다 .

 

정상 난소 조직은 난소 암 세포주 보다 높은 수준으로 ERβ를 발현했습니다.

양성 및 경계선 종양의 78 %는 ERβ mRNA를 발현한 반면, 29 %는 ERα를 발현했습니다.

 

난소암에 대한 또 다른 연구에서 전이성 암 조직은 ERα mRNA와 단백질만을 발현하여 ERβ 발현이 종양 억제자 역할과 일치하는 전이 부위에서 하향 조절됨을 시사합니다 .

 

마지막으로  ERβ1 발현이 고 등급암에서 더 낮고 ERα 및 ERβ1의 세포질 발현이 더 높으면 질병이없고 전체적인 생존율이 향상된다는 것을 보여주었습니다.

그들은 또한 더 높은 핵 ERβ5와 더 낮은 세포질 ERβ5가 명확한 세포 조직학 및 더 나쁜 예후와 관련이 있음을 지적했습니다.

 

 

압도적인 양의 문헌은 ERβ의 발현과 대장 폴립의 존재 사이에 역 관계가 있음을 시사합니다.

결장 직장암에서 ERβ의 효과에는 전이 감소 (PROX1 억제를 통해), 세포 자멸사 향상 (p53을 통해), 항 염증 반응 (NF-kB를 통해) 및 증식 감소 (c-myc를 억제함으로써)가 포함될 수 있습니다 .

 

 

ERβ 선택적 작용제 DPN이 ERα 특이적 작용제 PPT의 효과와 대조적으로 유두 갑상선 암종 (PTC) 세포주의 증식을 억제하여 증식을 증가 시켰음을 보여 주었다.

 

마찬가지로  BCPAP PTC 세포주에서 estradiol의 효과를 조사한 결과 ERβ가 ERα의 효과와 대조적으로 estradiol에 노출될 때 이들 세포의 운동성을 억제한다는 사실을 발견했습니다.

 

ERα 음성 PTC에서 ERβ1의 발현 감소는 더 큰 침습성 및 전이와 관련이 있습니다. 

PTC에서 ERβ2 이소폼의 발현은 폐경기 전 PTC 환자의 림프절 전이 감소와도 관련이 있습니다.

 

그러나  면역 조직 화학에 의한 ERβ1에 대한 핵 및 결합 핵 및 세포질 염색은 양성 결절성 갑상선 갑상선종 (BNTG)의 병변에 비해 PTC에서 더 낮았지만 ERβ2에 대한 핵 및 결합 핵 및 세포질 염색은 실제로 더 높았습니다.

 

유사하게, 갑상선 수질 암종 세포주 TT에서 ERβ의 발현은 다시 ERα 과발현의 효과와 모순되는 성장을 억제했다 .

 

 

신장 세포 암종 (RCC) 세포주는 ERβ를 발현하는데, 이는 에스트라디올로 유도된 생존력 감소를 매개합니다

더욱이, ERβ 단백질 발현은 면역 조직 화학 검사에서 정상 신장보다 RCC에서 더 낮았다.

이러한 발견은 RCC에서 ERβ에 대한 종양 억제자 역할을 제안합니다.

 

 

결론

ERβ 활성화의 가능성은 상대적으로 적은 부작용을 일으키면서 여러 종양 억제 경로를 동시에 활성화하는 표적 치료의 가능성에 있습니다.

 

따라서 ERβ는 다양한 인간 암에서 잠재적인 치료 표적 역할을 할 수 있는 광범위한 종양 억제 활성을 가진 핵 수용체입니다.

 

ERα 작용제 활성이 결여된 고도로 선택적인 ERβ 작용제의 개발과 함께 선택적 ERβ 조절제의 추가 개선은 이 유망한 치료 방법의 잠재력을 완전히 활용하는데 필요합니다.

 

결합 파트너 모집에 대한 고유한 리간드 의존적 효과의 가능성을 고려하여 각 화합물에 대해 유전자 발현 서명 및 비 게놈 신호 경로 활성화를 정의해야합니다.

또한, ERβ 작용제의 작용 메커니즘에 대한 추가 연구는 유방암에 대한 다른 치료 약물 클래스와의 잠재적인 상승적 조합의 설계를 위해 필요합니다.