Mapping druggable co-dependency pathways in NRF2-driven lung cancers

点击翻译按钮获取中文摘要

Project Summary     Rapidly proliferating cancer cells generate reactive oxygen species (ROS) that if left unchecked inhibit cell  growth. To counter this stress, cancer cells and in particular non small cell lung cancers (NSCLC) rely on the  activation of the NRF2 transcription factor, leading to the massive upregulation of key metabolic and  detoxification proteins needed to restore redox balance. While directly targeting NRF2 with chemical inhibitors  is challenging, we hypothesized that hyperactivation of this pathway would lead to an alteration of specific  signaling and metabolic pathways required for the proliferation of these cells (co-­dependencies), which  themselves could be inhibited with small molecules. To identify these co-­dependencies in NSCLC, we enriched  for proteins containing reactive cysteines, which can be used as a chemical handle to develop inhibitors. This  chemical proteomics screen identified hundreds of reactive cysteines regulated by NRF2, including a cryptic  cysteine (C274) in the orphan receptor NR0B1. NR0B1 expression is severely restricted to those NCSLC cells  and patient tumors with deregulated NRF2 signaling, where it functions as part of multimeric transcriptional  complex to support the NRF2 gene expression program. As C274 in NR0B1 is necessary for NR0B1-­complex  formation, we exploited this residue to develop a small molecule inhibitor that covalently binds to it,  subsequently disrupting the protein-­protein interactions of NR0B1 and blocking the growth of NRF2-­dependent  cells, but not NRF2-­independent cells. Thus, we have revealed NR0B1 as a druggable co-­dependency of the  NRF2 pathway. In this grant application, we build on our research on NR0B1 and further identify co-­dependent  pathways with NRF2 that can be pharmacologically interrogated. Using a powerful chemoproteomic  framework, we will comprehensively define NRF2 co-­dependencies by: 1) mapping the landscape of cysteine  reactivity regulated by NRF2 in lung xenograft models, allowing us to identify cysteines on key proteins in the  NRF2 pathway, which may become targetable opportunities in vivo 2) undertaking a small molecule screen to  identify compounds that selectively inhibit the proliferation of NRF2-­dependent NSCLC cell lines. Importantly,  integrating a chemoproteomic platform into this screen, will allow for the rapid identification of co-­dependent  proteins, offering an unparalleled map of druggable NRF2 co-­dependencies. The research proposed herein,  takes full advantage of advanced cancer models and chemoproteomic technologies to reveal  pharmacologically tractable proteins which are needed for the proliferation of NRF2-­addicted cells and may  provide a generalizable platform for inhibiting genetically defined cancers. These studies will not only provide a  comprehensive understanding of NRF2 biology but might also lay the foundation for translational therapeutics  benefiting lung cancer patients with deregulated NRF2 signaling.