Targeting the Oncogenic Fusion Transcription Factor PAX3-FOXO1 with Small Molecules

用小分子靶向致癌融合转录因子 PAX3-FOXO1

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY Fusion transcription factors (TFs) are an enticing class of cancer targets. When present in a malignancy, these chimeric proteins are often the primary oncogenic drivers, and genetic knockdown of the fusion TF often leads to cell death or differentiation. However, fusion TFs are an exceptionally difficult class of proteins to target with small molecule inhibitors. Chief among the challenges of targeting fusion TFs is the significant degree of intrinsic disorder and the lack of mechanistic characterization of individual fusions, limiting the ability to execute structure and/or function-driven approaches to developing inhibitors. Strategies that enable direct targeting of fusion TF function without the need for extensive functional characterization of the fusion TF are therefore highly valuable. In this proposal, I will develop generalizable and mechanistically unbiased approaches to discover inhibitors of the fusion TF PAX3-FOXO1 using small molecule microarray (SMM) screening strategies. Via the training plan detailed herein, I will acquire expertise in several chemical biology strategies that are critical to accomplishing this important objective. The proposed research will be further facilitated by an exceptional training environment that provides me with mentorship from scientific leaders in cancer biology and TF inhibitor development. Preliminary data indicates that PAX3-FOXO1 is ligandable; a small proof-of-concept screen produced two selective hit molecules, one of which was confirmed to directly bind PAX3-FOXO1 and inhibit its function in follow-up assays. Building on this preliminary data, I hypothesize molecules that directly target PAX3-FOXO1 or its binding partners can be identified via joint analysis of SMM screens against PAX3-FOXO1 in cell lysate and purified protein formats. In Aim 1, I will identify functionally active direct binders of PAX3-FOXO1 and identify binding sites for a series of the most potent molecules. Structural characterization of one of these sites and its interactions with binders will provide critical insights about small molecule recognition that will serve as the basis for future structure-based optimization efforts. In Aim 2, I will identify active molecules that bind to functionally vulnerable PAX3-FOXO1 interaction partners. Detailed target identification efforts using photo-affinity labeling approaches will identify the molecular target and binding site of a lead molecule, and target validation experiments will characterize the function of the target protein in PAX3-FOXO1-driven transcription. In Aim 3, I will develop a PAX3-FOXO1 proteolysis targeting chimaera (PROTAC) degrader by identifying high-affinity PAX3-FOXO1 binders and subjecting them to an efficient screening and optimization strategy to identify the combination of PAX3-FOXO1 binder, linker, and E3 ligase binder that leads to the most potent degradation. This PAX3-FOXO1 PROTAC, representing the first targeted degrader of any fusion TF, will be extensively characterized and made available to the research community as a chemical probe. The generalizable and unbiased approaches outlined herein will enable novel insights about fusion TF vulnerabilities to be obtained concurrently with the development of chemical probes that target these weaknesses.
项目摘要 融合转录因子(TFS)是一种诱人的癌症靶标。当出现恶性肿瘤时 嵌合蛋白通常是主要的致癌驱动因素,融合TF的遗传敲低通常会导致 到细胞死亡或分化。但是,Fusion TF是一类极难的蛋白质类别 小分子抑制剂。靶向融合TF的挑战中的主要是固有的重要程度 混乱和缺乏单个融合的机械表征,限制了执行结构的能力 和/或功能驱动的抑制剂方法。能够直接定位Fusion TF的策略 因此,无需进行融合TF的广泛功能表征的功能非常有价值。 在此提案中,我将开发可概括且机械上无偏的方法来发现的抑制剂 使用小分子微阵列(SMM)筛选策略的Fusion TF PAX3-FOXO1。通过培训计划 本文详细说明,我将获得几种化学生物学策略的专业知识,这些策略对于完成至关重要 这个重要的目标。拟议的研究将通过出色的培训环境进一步促进 这为我提供了癌症生物学和TF抑制剂开发方面的科学领导者的指导。 初步数据表明PAX3-FOXO1是可韧的。一个小的概念验证屏幕产生了两个 选择性命中分子,其中一种已被确认直接结合pax3-foxo1并抑制其在 后续测定。在此初步数据的基础上,我假设直接针对Pax3-Foxo1或 可以通过对细胞裂解物中PAX3-FoxO1的SMM筛选的联合分析来确定其结合伴侣 纯化的蛋白质格式。在AIM 1中,我将识别Pax3-Foxo1的功能活性直接粘合剂并识别 一系列最有效分子的结合位点。这些站点之一及其的结构表征 与粘合剂的相互作用将提供有关小分子识别的关键见解,该识别将作为基础 用于将来基于结构的优化工作。在AIM 2中,我将确定与功能结合的活性分子 脆弱的PAX3-FOXO1相互作用伙伴。使用照片亲和力标签的详细目标识别工作 方法将识别铅分子的分子靶标和结合位点,并靶向验证 实验将表征靶蛋白在PAX3-FoxO1驱动的转录中的功能。在AIM 3中,我 通过识别高亲和力,将开发靶向嵌合体(Protac)降解器的PAX3-福克斯1蛋白水解。 PAX3-FOXO1粘合剂,并对它们进行有效的筛选和优化策略,以识别 PAX3-FOXO1粘合剂,接头和E3连接酶粘合剂的组合,导致最有效的降解。这 PAX3-FOXO1 PROTAC代表任何融合TF的第一个靶向降解器,将是广泛的 将研究社区作为化学探测器进行了特征并提供。可推广和 本文概述的公正方法将使有关融合tf漏洞的新见解 同时与针对这些弱点的化学探针的发展。

项目成果

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