Small molecule modulators of tumor suppressor p53 and RNA polymerase I activity : identification, anticancer activity and mechanism of action

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0122-8
Title: Small molecule modulators of tumor suppressor p53 and RNA polymerase I activity : identification, anticancer activity and mechanism of action
Author: Peltonen, Karita
Contributor organization: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Haartman Institute, Research Programs Unit, Molecular Cancer Biology Program
Faculty of Pharmacy, Centre for Drug Research, Division of Pharmaceutical Biosciences
Helsingin yliopisto, lääketieteellinen tiedekunta, kliinisteoreettinen laitos
Helsingfors universitet, medicinska fakulteten, Haartman institutet
Date: 2014-09-12
Language: eng
Belongs to series: Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis - URN:ISSN:2342-3161
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0122-8
http://hdl.handle.net/10138/135806
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: The tumor suppressor p53 function is frequently lost in human cancer. This arises through TP53 mutation or through impairment of the wild-type p53 protein function. p53 senses various stress signals and upon activation p53 coordinates a diverse cellular stress response. These responses prevent the accumulation of neoplastic cells and are important for the tumor suppressive function of p53 as well as for cellular responses to cancer therapy. Due to the potent apoptotic activity of p53, restoring or reactivating p53 function in tumors is considered a promising therapeutic strategy. Novel small-molecule activators of p53 have been discovered through biochemical and cell-based screens and by in silico design. Several of these identified small molecule compounds demonstrated antitumor activity in preclinical models, and a few have entered clinical trials. The aim of this thesis was to identify small molecular weight compounds, which reactivate p53-pathway and sensitize tumor cells to p53-mediated responses. To accomplish this we developed a cell-based screen for p53 activation and screened approximately 40 000 small molecule compounds within a diverse chemical compound libraries. We identified six structurally novel compounds as potent p53-pathway activators. We named the compounds as BMH-7, BMH-9, BMH-15, BMH-21, BMH-22 and BMH-23, or collectively, BMH-compounds. Screening NCI60 cancer cell lines treated with BMH-compounds showed potent cytotoxic activity of these compounds across many tumor types. Three tested compounds suppressed tumor growth in in vivo models showing promising therapeutic potential. To address the mechanism of action of the BMH-compounds we investigated cellular responses and their dependencies on p53. BMH-compounds suppressed the growth of both TP53 wild-type and mutant cells indicating that they act also independently of p53. This suggested that they target an upstream regulator of p53 or a parallel growth restrictive pathway. Two of the BMH-compounds induced DNA-damage which mechanistically explained their p53 activation. Intriguingly, four other compounds lacked the DNA-damaging capacity, suggesting that they act in a non-genotoxic manner. These compounds, BMH-9, BMH-21, BMH-22 and BMH-23, were defined as novel inhibitors of RNA polymerase I. We studied further the mechanism of action of the most potent compound, BMH-21. BMH-21 bound ribosomal DNA, providing a mechanistic explanation for the inhibition of RNA polymerase I. Intriguingly, we discovered that BMH-21 (and BMH-9, BMH-22, BMH-23) destabilized RNA polymerase I, and this ability of BMH-21 correlated with toxicity towards cancer cells. Our results indicate that RNA polymerase I is controlled by proteasome-regulated events during transcription stress. Given that RNA polymerase I activity and ribosome biogenesis are commonly deregulated in cancer these findings support the exploitation of deregulated RNA polymerase I activity as an anti-cancer approach. In conclusion, this thesis study discovers potential novel therapeutic agents to target p53 and RNA polymerase I activity, analyses their mechanism of action and defines preliminary preclinical activities of the compounds.Kasvunrajoiteproteiini p53 on yksi merkittävimmistä syövän syntyä rajoittavista tekijöistä. Sen toiminta suojaa soluja vaurioilta jotka altistavat pahanlaatuisille muutoksille. Useat solustressiä ja soluvaurioita aiheuttavat tekijät aktivoivat p53:n toiminnan, joka johtaa solun jakautumisen estymiseen. Tämä mahdollistaa perimään kohdistuneiden vaurioiden korjaamisen. Mikäli vaurioita ei pystytä korjaamaan p53 aktivoi tapahtumia jotka johtavat solukuolemaan. Nämä mekanismit estävät geneettisesti muuntuneiden solujen kertymisen kudoksiin ja elimistöön. p53 kasvunrajoiteproteiinin toiminnalla on merkitystä myös syövän hoidon kannalta. Useat syöpälääkkeet käynnistävät p53:n toiminnan. Erityisesti p53:n kyky aktivoida solukuolemaa tekee siitä kiinnostavan kohteen uusien lääkeaihioiden kehitystyössä. Tämän väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli löytää uusia p53:a aktivoivia pienmolekyylisiä yhdisteitä, sekä tutkia niiden toimintamekanismeja syöpäsoluissa. Analysoimme laajoja kemikaalikirjastoja käyttäen solupohjaista seulontamenetelmää, ja tunnistimme useita p53 kasvunrajoiteproteiinia aktivoivia uusi yhdisteitä. Jatkotutkimuksiin valittiin kuusi yhdistettä, joiden kemiallinen rakenne erosi tunnetuista syöpälääkkeistä. Nämä yhdisteet estivät eri syöpätyypeistä eristettyjen solujen kasvua alhaisina pitoisuuksina. Osoitimme lisäksi että kolme yhdistettä hidasti syöpäkasvainten kasvua hiirimalleissa. Nämä tulokset luovat pohjaa yhdisteiden jatkokehitykselle sekä laajemmille prekliinisille hoitokokeille. Tutkimme lisäksi laajasti yhdisteiden toimintamekanismeja solussa. Yhdisteiden aiheuttamat soluvasteet eivät olleet täysin riippuvaisia p53 proteiinista. Havaitsimme että yhdisteet vaikuttavat myös muiden solun kasvua ja jakautumista säätelevien reittien kautta. Yhdisteistä kaksi aktivoi DNA vauriovasteen soluissa, ja nämä olivat siten toimintamekanismiltaan samankaltaisia monien syöpälääkkeiden kanssa. Merkittävä havainto oli, että neljä yhdistettä esti RNA polymeraasi 1:n toiminnan. RNA polymeraasi 1:n toiminnan estyminen aiheutti laajan stressivasteen johtaen mm. p53 proteiinin aktivoitumiseen, solukuolemaan ja solujakautumisen pysähtymiseen. Yllättävä löytö oli, että yhdisteet estivät RNA polymeraasi 1:n aivan uudella mekanismilla. RNA polymeraasi 1 on yleisesti aktivoitunut syövässä, mutta tämän merkitystä, ja RNA polymeraasi 1 toiminnan rajoittamista yhtenä syövän hoitostrategiana ei ole aikaisemmin täysin tunnistettu. Tässä väitöskirjassa esitetyt tulokset tukevat sekä p53 kasvunrajoiteproteiinin että RNA polymeraasi 1:n aktiivisuuden muokkaamisen hyödyntämistä yhtenä syövän hoitostrategiana. Tulokset ovat myös merkittäviä rakenteellisesti uusien lääkeaihioiden kehittämisessä. Uusien lääkeaihioiden löytyminen ja niiden toiminnan tunnistaminen mahdollistavat uusia lähestymistapoja syövän hoitoihin.
Subject: lääketiede
Rights: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record