Inhibition of DNA double strand break repair in TNBC by nitro-fatty acids

点击翻译按钮获取中文摘要

DNA  double  strand  breaks  (DSBs)  are  the  most  lethal  type  of  DNA  damage.  Defects  in  DSB  repair  by  homologous recombination-­directed (HDR) DNA repair sensitizes cancer cells to inhibitors of poly (ADP ribose)  polymerase (PARP), an enzyme facilitating single strand base repair (SSB). In metastatic triple negative breast  cancer  (TNBC)  patients  carrying  HDR-­inactivating  germline  mutations  in  the  HDR  genes  BRCA1  and  BRCA2  (gBRCAm), the EMBRACA trial of the PARP inhibitor (PARPi) olapaprib has shown life-­prolonging effects. Thus,  the  olapaprib  is  now  a  FDA-­approved  monotherapy  for  gBRCAm  TNBC  patients.  These  findings  are  highly  significant, as they endorse the concept that genetic defects in HDR pave the way to cancer cell killing by PARPi  that prevent single strand DNA repair. Only 15% of all TNBC patients are gBRCAm carriers, with the remaining  85%  of  gBRCAm-­negative  TNBC  showing  inconsistent  responses  to  PARPi  despite  BRCA-­like  phenotypes  (BRCAness). This signifies the Research Plan presented herein as it proposes to induce HDR-­deficiency through  Rad51 inhibition, which then in turn amplifies PARPi efficacy. We have identified a novel class of HDR-­inhibitors  that are fatty acids (NFA) nitroalkenes, which are well tolerated and readily deployable in humans. Our research  has  identified  a  unique  regulatory  domain  on  the  essential  HDR  gene  Rad51  that  is  controlled  by  reducing-­ oxidation  (redox)  post-­translational  modifications  (PTM)  and  can  be  readily  targeted  as  a  novel  chemotherapeutic  strategy  for  TNBC.  The  reversible  and  site-­specific  alkylation-­mediated  PTM  of  Rad51  by  a  lipid  electrophile  nitro  fatty  acid  (NFA)  severely  compromises  nuclear  Rad51  foci  and  TNBC  cell  survival,  especially  when  combined  with  PARPis  in  vitro  and  in  vivo.  Thus,  specific  focus  is  placed  on  tow  different  perspectives.  First,  detailed  mechanistic  understanding  will  come  from  characterizing  the  specificity  of  Rad51  alkylation by the NFAs and the impact on HDR. In addition, an efficacious NFA regioisomers designed from X-­ ray structure-­based modeling studies, that already showed increased TNBC cell killing, will be further evaluated  for  extents  of  Rad51  targeting,  inhibition  of  HDR  repair  in  combination  with  PARPi  and  net  effects  on  TNBC  killing in a TNBC cell line panel. As NFAs have the capacity to adduct protein Cys residues, and preliminary data  also  support  an  NFA-­mediated  inhibition  of  another  DNA  DSB  repair  pathway,  known  to  be  upregulated  after  Rad51  inhibition,  other  possible  NFA  protein  targets  in  DNA  DSB  repair,  will  be  examined  by  click-­chemistry  based  HPLC-­MS/MS  proteomic  analysis  of  NFA  targets.  Secondly,  a  TNBC  patient-­derived  xenograft  breast  cancer  model  in combination  with  a  genetically  engineered  TNBC  mouse  model,  will  facilitate  more  clinically  relevant effects of NFAs, in combination with PARPi, ex and in vivo. The Research Plan will reveal a novel drug  strategy  for  TNBC  therapy,  where  the  inhibition  of  Rad51-­mediated  DNA  repair  by  NFAs  renders  TNBC  cells  more sensitive to PARP inhibition thus increasing TNBC cell killing.