Heterobivalent inhibitors targeting both PSMA and hepsin for the diagnosis of metastatic prostate cancer = 전이성 전립선 암 진단을 위해서 PSMA와 hepsin을 이중 표적하는 헤 테로바이발렌트

국문 초록 (Abstract)

전립선 암은 남성암에서 많은 비중을 차지하는 질환입니다. 현재 선별 검
사에 사용되는 PSA test는 정확도가 낮고, 전이 여부를 파악할 수 없다는 단
점이 있습니다. 전립선 암의 5년 상대 생존율은 97.5%인 반면, 전이성 전
립선 암의 5년 상대 생존율은 30.6%에 불과합니다. 전이성 전립선 암 진단
을 위해서 새로운 진단법이 필요합니다.
PSMA와 hepsin은 전이성 전립선 암의 훌륭한 바이오 마커입니다. 전립선
암세포에서 과발현되며, 활성자리가 세포외 영역에 존재한다는 것이 두단백질을 전이성 전립선암의 조기 진단을 위한 훌륭한 표적임을 말해줍니다.
동시에 PSMA와 hepsin에 결합하는 heterobivalent 저해제를 설계하고 합성
했습니다. Heterobivalent 저해제는 PSMA에 결합하는 리간드인 Lys-ureaGlu와 hepsin에 결합하는 리간드인 Ac-LR-kt, 그리고 광학 이미징을 위한
광학 염료인 Sulfocy7으로 구성되어 있습니다. 최종 물질인 SulfoCy7-11은
구입 가능한 출발 물질로부터 16 단계의 반응을 통해 합성되었습니다. 최
종 물질의 구조는 HPLC와 LC-MS를 사용하여 동정했습니다.
화합물 SulfoCy7-11은 PSMA와 hepsin에 각각 306 nM, 58 nM의 IC50 값을
나타냈습니다. 이 화합물은 PC-3 cell과 비교해서 PSMA와 hepsin을 과발
현하는 LNCaP cell에 많이 흡수되고 오래 머무릅니다. 이 논문에서는 전립
선암 이미징을 위해서 PSMA와 hepsin을 이중 표적의 가능성을 제시했습
니다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Prostate cancer is a disease that accounts for a large proportion of male cancers. Current diagnostic methods are inaccurate and have the disadvantage of not being able to determine whether metastasis has occurred. The 5-year relative survival rate for prostate cancer is 97.5%, but the 5-year relative survival rate for metastatic prostate cancer is only 30.6%. A new diagnostic tool for metastatic prostate cancer is needed.
Prostate-specific membrane antigen (PSMA) and hepsin are excellent biomarkers for metastatic prostate cancer. Both proteins are overexpressed in prostate cancer cells and their active sites are in extracellular region, which make them an excellent target for the early diagnosis of metastatic prostate cancer.
Heterobivalent inhibitors that binds to both PSMA and hepsin were designed and synthesized. Heterobivalent inhibitors consist of a PSMA-binding ligand, Lys-urea-Glu, a hepsin-binding ligand, Ac-LR-kt, and an optical dye for optical imaging, SulfoCy7. The final compound, termed as SulfoCy7-11, was synthesized from commercial starting material in 16 synthetic steps. The final structure was confirmed by using HPLC and LC-MS spectroscopy.
SulfoCy7-11 showed IC 50 values of 306 nM for PSMA and 58 nM for hepsin, respectively. This compound showed high uptake and retention in LNCaP cells which overexpress PSMA and hepsin as compared to PC-3 cells. This study offered the possibility for dual-targeting with PSMA and hepsin for prostate cancer imaging.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 1.1. Prostate cancer 1
• 1.2. Prostate-specific membrane antigen (PSMA) 2
• 1.2.1. Discovery and development of PSMA-targeted inhibitors 3
• 1.2.2. PSMA-targeted optical imaging 5
• 1.3. Hepsin 7
• 1.3.1. Discovery and development of hepsin targeted ligands 8
• 1.3.2. Hepsin-targeted optical imaging 9
• 1.4. PSMA-targeted inhibitors in the diagnosis and therapy of metastatic prostate cancer a review of patent literature 11
• 2. Heterobivalent inhibitors 13
• 2.1. Multivalent ligands 13
• 2.2. Previous study of heterobivalent ligands targeting PSMA and hepsin 13
• 2.3. Design of dual-targeting heterobivalent ligand 14
• 2.4. Results and discussion 16
• 2.4.1. PSMA-binding moiety 16
• 2.4.2. Hepsin-binding moiety 17
• 2.4.3. Heterobivalent ligand 18
• 2.4.4. PSMA control compound 21
• 2.4.5. Hepsin control compound 22
• 2.4.6. PSMA-inhibitory assay 23
• 2.4.7. Hepsin-inhibitory assay 24
• 2.4.8. Cell uptake study 25
• 2.5. Conclusion 26
• 3. Experimental Section 28
• 3.1. General 28
• 3.2. Synthesis 29
• 3.2.1. Hepsin-binging part 29
• 3.2.2. PSMA-binding part 31
• 3.2.3. Heterobivalent ligand 33
• 3.2.4. Hepsin control compound 40
• 3.3. In vitro NAALADase assay for PSMA 42
• 3.4. In vitro fluorescent assays for hepsin 43
• 3.5. Western blot 44
• 3.6. Immunocytochemistry 45
• 4. References 46
• Appendix 55
• List of appendix figures 55
• 한글 초록 82
• Publications 84
• 감사의 글 85