SUMO1 inhibition compound as a new anticancer drug for glioblastoma therapy

SUMO1 抑制化合物作为胶质母细胞瘤治疗的新型抗癌药物

基本信息

项目摘要

Our ultimate goal is to develop novel and effective treatments of glioblastoma, the most common and lethal human brain cancer. To achieve this goal, we propose to develop the SUMO1 inhibition compound (SMIC1) as a new anticancer drug for glioblastoma therapy. SUMO1 (small ubiquitin-like modifier-1) is a small regulatory protein that is linked to substrate proteins through enzymatic reactions. SUMO1 conjugation of its substrate proteins controls the cellular function of substrate proteins. In our recent work, we have revealed that SUMO1 conjugation pathway is overactive in glioblastoma and drives the cancer progression. To target this pathway, we have developed glioblastoma cell-based SUMO1 assays for drug screening and identified the SMIC1 from the NCI drugable compound library. In the efforts of preclinical development of SMIC1 as an anticancer drug, we have followed the FDA guidance for nonclinical evaluation of new anticancer agents and tested the toxicity and pharmacokinetics (PK) of SMIC1 and demonstrated that SMIC1 has an acceptable safety margin and drugable PK features in animals. In systemic administration, SMIC1 can be quickly delivered to brains through the blood brain barrier (BBB) and effectively inhibits glioblastoma xenograft growth. In search of target proteins, we have shown that cyclin-dependent kinase-6 (CDK6) is a substrate of both SUMO1 and ubiquitin (UB). SUMO1-CDK6 conjugation blocks CDK6 ubiquitination and the UB-mediated degradation and thus stabilizes CDK6 kinase for driving cell growth through phosphorylation of retinoblastoma protein-1 (RB1); thus, SMIC1 treatment blocks SUMO1-CDK6 conjugation and eliminates CDK6-RB1 pathway. On the other hand, CDK4/6 inhibitors have been developed targeting CDK4/6-RB1 pathway and they are now in clinic for cancer therapies. RB1 deletion and mutation occurs in about 11% glioblastomas and results in the cancer resistance to CDK4/6 inhibitors. In contrast, we have shown that SMIC1 can overcome the resistance through inhibition of various SUMO1 substrate proteins. The objective of this proposal is to develop SMIC1 as a new anticancer drug for treatment of glioblastomas. To achieve this, we will first determine the molecular mechanisms of action of SMIC1 in treatment of glioblastoma cells. In particular, we will examine how SMIC1 treatment induces the ubiquitination and degradation of SUMO1 protein and abolishes SUMO1 conjugation pathway in human glioblastoma cells. Next, we will examine the bioactivity and pharmacodynamics of SMIC1 in comparison with CDK4/6 inhibitors in genetically heterogenous glioblastoma cells and thus determine why SMIC1 treatment can overcome the resistance of RB1 deletion and mutation. Finally, we will evaluate the therapeutic efficacy of SMIC1 using the cancer stem cell cultures and xenograft models generated from patients' glioblastoma tissues. Upon completion, this project will lead to the genesis of a new class anticancer drug for clinical treatment of glioblastoma patients.
我们的最终目标是开发新颖有效的胶质母细胞瘤,最常见和致命的胶质母细胞瘤 人脑癌。为了实现这一目标,我们建议将SUMO1抑制化合物(SMIC1)作为 一种用于胶质母细胞瘤疗法的新抗癌药。 SUMO1(小泛素样修饰符1)是一个小调节 通过酶促反应与底物蛋白相关的蛋白质。 SUMO1的基材结合 蛋白质控制底物蛋白的细胞功能。在我们最近的工作中,我们透露了Sumo1 共轭途径在胶质母细胞瘤中过度活跃,并驱动癌症进展。为了达到这一途径, 我们已经开发了基于胶质母细胞瘤细胞的SUMO1用于药物筛查,并从 NCI可吸毒复合库。在Smic1作为抗癌药物的临床前发展的努力中, 我们遵循了FDA指南,以对新抗癌药进行非临床评估并测试毒性 和SMIC1的药代动力学(PK),并证明SMIC1具有可接受的安全保证金 动物中可吸毒的PK特征。在系统性管理中,可以通过 血脑屏障(BBB)有效地抑制了胶质母细胞瘤异种移植的生长。 为了寻找靶蛋白,我们表明Cyclin依赖性激酶-6(CDK6)都是两者的底物 SUMO1和泛素(UB)。 SUMO1-CDK6共轭阻塞CDK6泛素化和UB介导的 降解,从而稳定CDK6激酶,以通过视网膜细胞瘤的磷酸化来驱动细胞生长 蛋白质1(RB1);因此,SMIC1处理阻止了SUMO1-CDK6结合并消除CDK6-RB1途径。 另一方面,针对CDK4/6-RB1途径的CDK4/6抑制剂已经开发 在癌症疗法的诊所中。 RB1缺失和突变发生在约11%的胶质母细胞瘤中,并导致 对CDK4/6抑制剂的抗癌性。相比之下,我们已经表明SMIC1可以克服电阻 通过抑制各种SUMO1底物蛋白。该提议的目的是将SMIC1作为 一种用于治疗胶质母细胞瘤的新抗癌药。为此,我们将首先确定分子 SMIC1在治疗胶质母细胞瘤细胞中的作用机制。特别是,我们将研究SMIC1如何 治疗诱导SUMO1蛋白的泛素化和降解并废除SUMO1共轭 人胶质母细胞瘤细胞中的途径。接下来,我们将检查SMIC1的生物活性和药效学 与遗传异源性胶质母细胞瘤细胞中的CDK4/6抑制剂相比,因此确定了为什么 SMIC1处理可以克服RB1缺失和突变的抗性。最后,我们将评估 使用癌症干细胞培养物和异种移植模型对SMIC1的治疗功效 患者的胶质母细胞瘤组织。完成后,该项目将导致新阶级抗癌的起源 用于胶质母细胞瘤患者临床治疗的药物。

项目成果

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Ubiquitination and degradation of SUMO1 by small-molecule degraders extends survival of mice with patient-derived tumors.
  • DOI:
    10.1126/scitranslmed.abh1486
  • 发表时间:
    2021-10-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Bellail, Anita C.;Jin, Hong Ri;Lo, Ho-Yin;Jung, Sung Han;Hamdouchi, Chafiq;Kim, Daeho;Higgins, Ryan K.;Blanck, Maximilian;le Sage, Carlos;Cross, Benedict C. S.;Li, Jing;Mosley, Amber L.;Wijeratne, Aruna B.;Jiang, Wen;Ghosh, Manali;Zhao, Yin Quan;Hauck, Paula M.;Shekhar, Anantha;Hao, Chunhai
  • 通讯作者:
    Hao, Chunhai
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