RESUMO
Selective blockade of gene expression by designed small molecules is a fundamental challenge at the interface of chemistry, biology, and medicine. Transcription factors have been among the most elusive targets in genetics and drug discovery, but the fields of chemical biology and genetics have evolved to a point where this task can be addressed. Herein we report the design, synthesis, and in vivo efficacy evaluation of a protein domain mimetic targeting the interaction of the p300/CBP coactivator with the transcription factor hypoxia-inducible factor-1α. Our results indicate that disrupting this interaction results in a rapid down-regulation of hypoxia-inducible genes critical for cancer progression. The observed effects were compound-specific and dose-dependent. Gene expression profiling with oligonucleotide microarrays revealed effective inhibition of hypoxia-inducible genes with relatively minimal perturbation of nontargeted signaling pathways. We observed remarkable efficacy of the compound HBS 1 in suppressing tumor growth in the fully established murine xenograft models of renal cell carcinoma of the clear cell type. Our results suggest that rationally designed synthetic mimics of protein subdomains that target the transcription factor-coactivator interfaces represent a unique approach for in vivo modulation of oncogenic signaling and arresting tumor growth.
Assuntos
Fator 1 Induzível por Hipóxia/química , Fator 1 Induzível por Hipóxia/metabolismo , Peptídeos/farmacologia , Transdução de Sinais/efeitos dos fármacos , Sequência de Aminoácidos , Animais , Antineoplásicos/farmacologia , Hipóxia Celular , Regulação para Baixo/efeitos dos fármacos , Regulação para Baixo/genética , Feminino , Perfilação da Expressão Gênica , Células HeLa , Humanos , Fator 1 Induzível por Hipóxia/genética , Ligantes , Camundongos , Camundongos Endogâmicos BALB C , Dados de Sequência Molecular , Peptídeos/química , Ligação Proteica/efeitos dos fármacos , Multimerização Proteica , Estabilidade Proteica/efeitos dos fármacos , Estrutura Secundária de Proteína , Estrutura Terciária de Proteína , Elementos de Resposta/genética , Transcrição Gênica , Fator A de Crescimento do Endotélio Vascular/metabolismo , Ensaios Antitumorais Modelo de Xenoenxerto , Fatores de Transcrição de p300-CBP/metabolismoRESUMO
Designed ligands that inhibit hypoxia-inducible gene expression could offer new tools for genomic research and, potentially, drug discovery efforts for the treatment of neovascularization in cancers. We report a stabilized alpha-helix designed to target the binding interface between the C-terminal transactivation domain (C-TAD) of hypoxia-inducible factor 1alpha (HIF-1alpha) and cysteine-histidine rich region (CH1) of transcriptional coactivator CBP/p300. The synthetic helix disrupts the structure and function of this complex, resulting in a rapid downregulation of two hypoxia-inducible genes (VEGF and GLUT1) in cell culture.
Assuntos
Dissulfetos/farmacologia , Fator 1 Induzível por Hipóxia/antagonistas & inibidores , Alcaloides Indólicos/farmacologia , Transativadores/antagonistas & inibidores , Sobrevivência Celular/efeitos dos fármacos , Células Cultivadas , Células HeLa , Humanos , Ligação de Hidrogênio , Fator 1 Induzível por Hipóxia/química , Fator 1 Induzível por Hipóxia/metabolismo , Estrutura Secundária de Proteína , Transativadores/química , Transativadores/metabolismoRESUMO
Selective blockade of hypoxia-inducible gene expression by designed small molecules would prove valuable in suppressing tumor angiogenesis, metastasis and altered energy metabolism. We report the design, synthesis, and biological evaluation of a dimeric epidithiodiketopiperazine (ETP) small molecule transcriptional antagonist targeting the interaction of the p300/CBP coactivator with the transcription factor HIF-1alpha. Our results indicate that disrupting this interaction results in rapid downregulation of hypoxia-inducible genes critical for cancer progression. The observed effects are compound-specific and dose-dependent. Controlling gene expression with designed small molecules targeting the transcription factor-coactivator interface may represent a new approach for arresting tumor growth.
Assuntos
Inibidores da Angiogênese/farmacologia , Dicetopiperazinas/farmacologia , Dissulfetos/farmacologia , Subunidade alfa do Fator 1 Induzível por Hipóxia/antagonistas & inibidores , Fatores de Transcrição de p300-CBP/antagonistas & inibidores , Inibidores da Angiogênese/síntese química , Inibidores da Angiogênese/química , Inibidores da Angiogênese/toxicidade , Ligação Competitiva , Hipóxia Celular , Linhagem Celular Tumoral , Sobrevivência Celular/efeitos dos fármacos , Dicetopiperazinas/síntese química , Dicetopiperazinas/química , Dicetopiperazinas/toxicidade , Dissulfetos/síntese química , Dissulfetos/química , Dissulfetos/toxicidade , Relação Dose-Resposta a Droga , Expressão Gênica/efeitos dos fármacos , Perfilação da Expressão Gênica , Humanos , Subunidade alfa do Fator 1 Induzível por Hipóxia/genética , Subunidade alfa do Fator 1 Induzível por Hipóxia/metabolismo , Luciferases/genética , Modelos Moleculares , Estrutura Molecular , Neovascularização Patológica/metabolismo , Neovascularização Patológica/prevenção & controle , Análise de Sequência com Séries de Oligonucleotídeos , Ligação Proteica , Fator A de Crescimento do Endotélio Vascular/biossíntese , Fatores de Transcrição de p300-CBP/metabolismoAssuntos
Peptidomiméticos/química , Proteínas Proto-Oncogênicas c-mdm2/metabolismo , Proteína Supressora de Tumor p53/metabolismo , Sequência de Aminoácidos , Dicroísmo Circular , Cristalografia por Raios X , Ligação de Hidrogênio , Dados de Sequência Molecular , Peptídeos/química , Ligação Proteica , Estrutura Secundária de Proteína , Proteínas Proto-Oncogênicas c-mdm2/antagonistas & inibidores , Proteína Supressora de Tumor p53/antagonistas & inibidoresRESUMO
Herein we review contemporary synthetic and protein design strategies to stabilize the alpha-helical motif in short peptides and miniature proteins. Advances in organometallic catalyst design, specifically for the olefin metathesis reaction, enable the use of hydrocarbon bridges to either crosslink side chains of specific residues or mimic intramolecular hydrogen bonds with carbon-carbon bonds. The resulting hydrocarbon-stapled and hydrogen bond surrogate alpha-helices provide unique synthetic ligands for targeting biomolecules. In the protein design realm, several classes of miniature proteins that display stable helical domains have been engineered and manipulated with powerful in vitro selection technologies to yield libraries of sequences that retain their helical folds. Rational re-design of these scaffolds provide distinctive reagents for the modulation of protein-protein interactions.