Targeting Malic Enzyme 3 as a Synthetic Lethality Target in Pancreatic Cancer

将苹果酸酶 3 作为胰腺癌的合成致死靶点

基本信息

  • 批准号:
    10241331
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.9万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-01 至 2022-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is the most common cancer of the pancreas and 5-year survival rate for PDAC patients is a dreadful ~6%. PDAC genome sustains frequent deletion of tumor suppressor gene loci, most notably SMAD4, which is homozygously deleted in approximately 30% of cases. As loss of neighboring housekeeping genes can confer collateral lethality, I sought to determine whether loss of the metabolic gene malic enzyme (ME) 2 in the SMAD4 locus would create a cancer-specific metabolic vulnerability upon targeting its paralogous isoform ME3. Using in vitro and in vivo model system, I demonstrated that ME3 depletion in ME2 null PDAC cells causes cell death. Mechanistically, integrated metabolomic and molecular investigation of mitochondrial ME-deficient cells revealed diminished NADPH production and consequent high ROS which activates AMP activated protein kinase (AMPK), and which in turn suppresses BCAT2 (Branched chain amino acid transaminase 2) gene via sterol regulatory element-binding protein 1 (SREBP1)-directed transcription. BCAT2 catalyzes the transfer of the amino group from branched chain amino acids (BCAA) to alpha-ketoglutarate (αKG) thereby regenerating glutamate, which functions in part to support de novo nucleobase synthesis. In summary, this data shows that mitochondrial ME is required for pancreatic cancer survival and can be exploited as vulnerability for treatment. The goal of the project is to determine the druggability of ME in PDAC. In order to achieve this goal, I propose the following: 1) Systematic validation of Malic Enzyme as a therapeutic target in pancreatic cancer, 2) Mechanistic understanding of metabolic deregulation upon ME3 extinction; 3) Identification of selective ME3 inhibitors. By addressing the above aim, I will gain further insights into the structural features of ME3 and generate a blueprint for rational drug design to target ME3. Moreover, I will also identify the potential resistance or metabolic bypass mechanism of ME3 treatment by tracing metabolites such as BCAA and glutamine. Moreover, my unique understanding of the BCAA regulation will identify new avenues for targeting surrogate target of ME3. Finally, will undertake structure-function analysis of ME3 and validate the top hits identified by in-silico analysis.
项目摘要/摘要 胰腺导管腺癌(PDAC)是胰腺最常见的癌症和5年生存 PDAC患者的比率是可怕的6%。 PDAC基因组自杀经常删除肿瘤抑制基因 基因座,最著名的是SMAD4,在大约30%的病例中被纯合删除。作为损失 邻近的家政基因可以赋予附带致死性,我感觉到是否丢失了 SMAD4基因座中的代谢基因MALIC酶(ME)2将产生癌症特异性代谢 瞄准其寄生虫同工型ME3时的脆弱性。使用体外和体内模型系统,I 证明ME3在ME2 NULL PDAC细胞中的部署会导致细胞死亡。机械上,集成 线粒体ME缺陷细胞的代谢组学和分子研究显示NADPH减少 生产和随之而来的高ROS激活AMP激活蛋白激酶(AMPK),然后又 通过固醇调节元件结合抑制BCAT2(分支链氨基酸转氨酶2)基因 蛋白1(SREBP1)指导转录。 BCAT2催化了分支的氨基群的转移 链氨基酸(BCAA)至α-酮戊二酸(αkg),从而再生谷氨酸 支持从头核酶合成的一部分。总而言之,这些数据表明需要线粒体我 对于胰腺癌的生存,可以探索为治疗脆弱性。该项目的目的是 确定我在PDAC中的可药用性。为了实现此目标,我提出以下建议:1)系统 将苹果酶验证为胰腺癌的治疗靶点,2)机械理解 对ME3扩展的代谢放松管制; 3)识别选择性ME3抑制剂。通过解决 上述目标,我将进一步了解ME3的结构特征,并产生一个理性的蓝图 靶向ME3的药物设计。此外,我还将确定潜在的抗药性或代谢旁路 通过追踪代谢物(例如BCAA和谷氨酰胺)来处理ME3治疗的机理。而且,我的独特之处 对BCAA法规的了解将确定针对ME3替代目标的新途径。最后, 将对ME3进行结构 - 功能分析,并通过内部分析验证最高命中。

项目成果

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