Overcoming drug resistance using small molecule activators of protein phosphatase 2A

使用蛋白磷酸酶 2A 小分子激活剂克服耐药性

基本信息

项目摘要

Uncontrolled cell proliferation resulting from aberrant activity of cell cycle proteins is a hallmark of cancer. Overexpression of the mitogen sensor cyclin D1 is among the most frequent abnormalities in tumors, enhancing the activity of cyclin dependent kinases 4 and 6 (CDK4/6) to drive G1→S phase progression and promote cell survival and chemoresistance. Increased expression of D-type cyclins is required not only for tumorigenesis but also for tumor maintenance and progression. Thus, aberrant cyclin D-CDK4/6 activity represents an actionable target for cancer therapy and D-type cyclin function is among the top therapeutic targets for cancer management. Inhibitors of CDK4/6 activity have shown promise in the clinic and palbociclib, abemaciclib, and ribociclib are FDA-approved for use in patients. Several hundred clinical trials are currently ongoing to evaluate the antitumor effects of these agents in a broad spectrum of cancer types. However, the therapeutic promise of CDK4/6 inhibitors is dampened by inevitable emergence of resistance. Recent seminal studies have identified a novel mechanism of resistance to these agents mediated by deficiency of autophagy and beclin 1 regulator 1 (AMBRA1), an E3 ligase adaptor and master regulator of cyclin D1, D2, and D3 protein stability. Loss or mutation of AMBRA1 is seen in a significant subset of human cancers, in association with poor patient survival. AMBRA1 deficiency promotes the accumulation of D-type cyclins, a hyperproliferative phenotype, and tumorigenesis, while reducing the sensitivity of tumor cells to all three FDA-approved CDK4/6 inhibitors. Evidence that upregulation of D-type cyclins and the formation of non-canonical cyclin D-CDK2 and p27-cyclin D-CDK4 complexes underpins resistance to these agents forms the basis of this proposal. Strategies are proposed to explore the mechanism-driven application of Small Molecule Activators of PP2A (SMAPs) for overcoming resistance to CDK4/6 inhibitors in the context of AMBRA1 deficiency. SMAPs are a novel class of antitumor agents that selectively activate a subset of PP2A holoenzymes for potent tumor suppression in a variety of cancer types. This project builds on our discovery that SMAPs potently downregulate cyclins D1, D2 and D3 in all cell types tested. Importantly, SMAPs act as AMBRA1-independent D-type cyclin ‘degraders,’ promoting rapid proteolysis of these molecules via a proteasome-dependent mechanism that remains functional following loss of AMBRA1. Based on these findings, we hypothesize that combining CDK4/6 inhibitor treatment with a SMAP ‘D-type cyclin degrader’ will enhance antitumor activity and reverse resistance to CDK4/6 inhibitors driven by AMBRA1 deficiency. Proof-of-concept studies will be performed in two Specific Aims: (1) Explore the effects of combining CDK4/6 inhibitors and SMAPS in the context of AMBRA1-deficiency, and (2) Evaluate the effects of SMAP- CDK4/6 inhibitor combinations in tumor models in vivo. Importantly, in addition to addressing consequences of AMBRA1-deficiency, our proof-of-concept findings are anticipated to be broadly applicable to tumors harboring increased levels of D-type cyclins and aberrant CDK activity resulting from other tumor-associated alterations.
细胞周期蛋白异常活性导致的不受控制的细胞增殖是癌症的一个标志。 丝裂原传感器细胞周期蛋白 D1 的过度表达是肿瘤中最常见的异常之一,增强了 细胞周期蛋白依赖性激酶 4 和 6 (CDK4/6) 的活性驱动 G1→S 期进展并促进细胞 D 型细胞周期蛋白表达的增加不仅是肿瘤发生所必需的,而且是肿瘤发生所必需的。 因此,异常的细胞周期蛋白 D-CDK4/6 活性代表一种可操作的。 癌症治疗的靶点,D 型细胞周期蛋白功能是癌症管理的首要治疗靶点之一。 CDK4/6 活性抑制剂已在临床中显示出前景,palbociclib、abemaciclib 和 ribociclib 是 FDA 批准用于患者,目前正在进行数百项临床试验来评估该抗肿瘤药物。 这些药物在多种癌症类型中的作用然而,CDK4/6 的治疗前景。 最近的开创性研究发现了一种新的抑制剂会因不可避免的耐药性而受到抑制。 自噬和 beclin 调节因子 1 缺陷介导的对这些药物的耐药机制 (AMBRA1),一种 E3 连接酶接头和细胞周期蛋白 D1、D2 和 D3 蛋白稳定性的主调节因子。 AMBRA1 存在于人类癌症的一个重要亚类中,与患者生存率较差有关。 缺乏会促进 D 型细胞周期蛋白(一种过度增殖表型)的积累和肿瘤发生,而 降低肿瘤细胞对 FDA 批准的所有三种 CDK4/6 抑制剂的敏感性。 D 型细胞周期蛋白的形成以及非经典细胞周期蛋白 D-CDK2 和 p27-细胞周期蛋白 D-CDK4 复合物的形成 支撑对这些药物的抵制构成了该提案的基础,以探索该方案。 PP2A 小分子激活剂 (SMAP) 的机制驱动应用,用于克服耐药性 AMBRA1 缺陷背景下的 CDK4/6 抑制剂是一类新型抗肿瘤药物。 选择性激活 PP2A 全酶的子集,以有效抑制多种癌症类型。 该项目建立在我们发现 SMAP 能有效下调所有细胞类型中的细胞周期蛋白 D1、D2 和 D3 的基础上 重要的是,SMAP 作为 AMBRA1 独立的 D 型细胞周期蛋白“降解剂”,促进快速蛋白水解。 这些分子通过蛋白酶体依赖性机制发挥作用,该机制在 AMBRA1 丢失后仍保持功能。 基于这些发现,我们勇敢地将 CDK4/6 抑制剂治疗与 SMAP ‘D 型细胞周期蛋白相结合 degrader’将增强抗肿瘤活性并逆转由 AMBRA1 驱动的 CDK4/6 抑制剂的耐药性 概念验证研究将在两个具体目标中进行:(1)探索组合的效果。 CDK4/6 抑制剂和 SMAPS 在 AMBRA1 缺陷的情况下,以及 (2) 评估 SMAP 的作用 重要的是,除了解决体内肿瘤模型中的 CDK4/6 抑制剂组合外。 AMBRA1 缺陷,我们的概念验证结果预计将广泛适用于肿瘤隐藏 其他肿瘤相关改变导致 D 型细胞周期蛋白水平升高和 CDK 活性异常。

项目成果

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