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

项目摘要 快速增殖的癌细胞产生活性氧（ROS），如果不加以抑制， 增长为了对抗这种压力，癌细胞，特别是非小细胞肺癌（NSCLC）依赖于 NRF 2转录因子的激活，导致关键代谢和 解毒蛋白质需要恢复氧化还原平衡。当用化学抑制剂直接靶向NRF 2时， 是具有挑战性的，我们假设这一途径的过度激活将导致特异性的改变。 这些细胞增殖所需的信号传导和代谢途径（共刺激依赖性）， 它们本身可以被小分子抑制。为了确定NSCLC中的这些共代谢依赖性，我们富集了 对于含有活性半胱氨酸的蛋白质，其可用作开发抑制剂的化学手柄。这 化学蛋白质组学筛选确定了数百个受NRF 2调控的活性半胱氨酸，包括一个隐蔽的 孤儿受体NR 0 B1中的半胱氨酸（C274）。NR 0 B1表达严格限于那些NCSLC细胞， 和具有失调的NRF 2信号传导的患者肿瘤，其中它作为多聚体转录因子的一部分起作用。 复合物以支持NRF 2基因表达程序。由于NR 0 B1中的C274是NR 0 B1-C274络合物所必需的， 我们利用这个残基开发了一种与之共价结合的小分子抑制剂， 随后破坏NR 0 B1的蛋白质-RNA蛋白质相互作用，并阻断NRF 2-RNA依赖性细胞的生长， 细胞，但不是NRF 2-β非依赖性细胞。因此，我们已经揭示了NR 0 B1作为一种药物的共同依赖性， NRF 2途径。在这项资助申请中，我们建立在我们对NR 0 B1的研究基础上，进一步鉴定了依赖于 NRF 2的信号通路可以被阻断。使用强大的化学蛋白质组学 框架，我们将全面定义NRF 2的协同依赖性：1）绘制半胱氨酸的景观 在肺异种移植模型中由NRF 2调节的反应性，使我们能够鉴定肺移植模型中关键蛋白质上的半胱氨酸。 NRF 2途径，这可能成为体内靶向机会2）进行小分子筛选， 鉴定选择性抑制NRF 2-β 2依赖性NSCLC细胞系增殖的化合物。重要的是， 将化学蛋白质组学平台整合到该筛选中，将允许快速鉴定依赖于辅酶A的 蛋白质，提供了一个无与伦比的地图可药用NRF 2共代谢依赖性。本文提出的研究， 充分利用先进的癌症模型和化学蛋白质组学技术， NRF 2依赖性细胞增殖所需的易降解蛋白质， 提供了一种用于抑制遗传上确定的癌症的可推广的平台。这些研究不仅提供了一个 对NRF 2生物学的全面理解，但也可能为转化治疗奠定基础 通过解除NRF 2信号传导调节使肺癌患者受益。

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.