Characterization and therapeutic exploitation of molecular vulnerabilities in genetically defined lung cancer

Lung cancer is one of the most common cancer types and responsible for the largest number of cancer-related deaths worldwide. Typically, lung cancer arises in individuals with heavy smoking background and only rarely in never-smokers. Various cells of origin within the lung give rise to distinct, molecularly heterogenous lung cancer subtypes with the two major subtypes non-small cell lung cancer (NSCLC) and small cell lung cancer (SCLC). Targeted therapy options also vary significantly between the specific subtypes and while oncogene-driven lung adenocarcinoma (LUAD) is already successfully treated with targeted drugs, no targeted therapies are available in SCLC. LUAD is often driven genetic alterations such as point mutations and rearrangements in genes of receptor tyrosine kinases (RTKs) like EGFR leading to aberrant activation of receptor tyrosine kinase signaling and oncogenic transformation. Mutation-selective small molecule RTK inhibitors have been developed to specifically kill oncogene-addicted cancer cells. Introduction of third generation EGFR inhibitor osimertinib substantially increased survival of EGFR-mutant LUAD patients but on-target resistance mutations such as EGFR G724S limit osimertinib efficacy leading to tumor relapse. Remarkably, we observed that second-generation EGFR inhibitor afatinib displayed selective activity against EGFR G724S in cell line and animal models. In contrast to osimertinib, afatinib still binds to EGFR G724S and reduces cellular viability, EGFR signaling, transformation and in vivo growth of EGFR G724S cells, therefore providing a possible treatment strategy for patients that relapse after osimertinib treatment due to EGFR G724S. Oncogenic gene fusions involving RET also lead to cellular transformation and LUAD tumorigenesis. Previously, multi-kinase inhibitors were used to treat RET-rearranged cancers with limited success due to lack of RET-specificity and RET gatekeeper mutations impeding inhibitor binding. We identified AD80, a type II kinase inhibitor that binds RET in the DFG-out conformation. AD80 displayed selective activity against common RET fusions KIFB-RET and CCDC6-RET and retained activity against RET V804M gatekeeper mutation. AD80 efficiently reduced RET- and downstream signaling as well as RET-associated gene expression. AD80 also displayed in vivo efficacy in CCDC6-RET patient-derived xenograft (PDX) models, demonstrating the potential of type II inhibitors as targeted therapy against RET-rearranged LUAD. In contrast to NSCLC, SCLC is defined by inactivation of tumor suppressors TP53 and RB1 and lacks targetable oncogenic drivers. Frequent activation of MYC transcription factor family members (MYC, MYCL, and MYCN) further accelerate tumor growth and aggressiveness. We found that activation of individual MYC family members entails differential molecular vulnerabilities. MYC overexpression is associated with high levels of DNA damage, repression of BCL2 expression and high apoptotic priming, leading to higher sensitivity towards Aurora kinase and MCL1 inhibition whereas high MYCL/MYCN expression is associated with resistance against these perturbations. Our study highlights that MYC status can be predictive for therapy response and might be used for molecularly-guided, patient stratification for future targeted therapy regimens in SCLC. A rare but very aggressive lung cancer type, NUT carcinoma is driven by BRD4-NUT fusion protein leading to large-scale epigenetic reprogramming and deregulated transcription of genes driving tumorigenesis. Using high-throughput viability screening, we identified that NUT carcinoma cells are preferentially sensitive against CDK9 inhibition. We observed, that CDK9 inhibition increases RNA Polymerase II pausing possibly reverting BRD4-NUT-mediated, transcriptional activation of pro-tumor genes warranting further investigation of CDK9 inhibition in NUT carcinoma

Apport des structures cristallographiques à la compréhension du mécanisme d'inhibition des cholinestérases par les neurotoxiques organophosphorés

1Avant ProposLes cholinestérases sont des sérines hydrolases spécialisées dans l'hydrolyse des esters decholine, en particulier, le neurotransmetteur acétylcholine. Le rôle principal del’acétylcholinestérase humaine (hAChE) est la terminaison de la transmission de l'impulsionnerveuse au niveau des synapses cholinergiques par hydrolyse de l'acétylcholine en acideacétique et choline. Les cholinestérases sont fascinantes par leur efficacité catalytique (108-109 M-1.min-1) et par la subtilité des mécanismes catalytiques et changementsconformationnels associés. Malgré des décennies de recherches, bien des aspects de leurfonctionnement restent incompris. Elles constituent un sujet d'étude riche, sans cesserenouvelé par la diversité des approches nécessaires à la compréhension de leurs différentesfacettes.Dès ma thèse, mes activités de recherche ont été centrées sur l'étude des relationsstructure-activité des cholinestérases et plus particulièrement de la butyrylcholinestérasehumaine (hBChE). La hBChE est une enzyme très proche de l'hAChE (52% d'identité), maisdiffère nettement par sa spécificité de substrat et sa sensibilité aux inhibiteurs. Elle estabondamment présente dans le plasma et dans de nombreux tissus chez les vertébrés. Maiscontrairement à l'AChE, aucun rôle cholinergique ni aucun autre rôle physiologique n'a pu luiêtre attribué. C'est d'ailleurs une enzyme qui n'est pas vitale comme le démontre la viabilitédes individus nullizygotes. Elle peut éventuellement jouer le rôle de suppléant de la hAChEen cas de déficience de cette dernière. Cependant l'importance de la hBChE est capitale d'unpoint de vue toxicologique et pharmacologique car elle est impliquée dans la dégradation denombreux principes actifs, poisons ou médicaments, par exemple la cocaïne, lasuccinylcholine.En raison de sa fonction essentielle dans le système nerveux, la hAChE est la cible d'unvaste répertoire de médicaments et de poisons, naturels ou synthétiques, notamment descomposés organophosphorés (OP) comme les pesticides ou encore les agents neurotoxiquesde guerre. L'emploi d'OP a, par le passé, entrainé des dommages importants, tant lors deconflits militaires comme dans la guerre Iran-Irak (1980-1988) ou la guerre du Golfe (1991)que dans les milieux civils comme l’attentat dans le métro de Tokyo (1995). L'usage de sarinen août 2013 dans le conflit syrien a rappelé que dans le contexte militaire et politique actuel,les armes chimiques de guerre restent une menace concrète et sérieuse, et ce malgré laConvention d’Interdiction des Armes chimiques signée en 1993 et ratifiée par 181 états.2Parallèlement, le contexte socio-économique tend vers une accélération des moyens deproduction, notamment dans le domaine agricole. L’utilisation de pesticidesorganophosphorés, bien que réglementée, provoque des intoxications accidentelles nonnégligeables. Surtout, l'ingestion de pesticides est le premier moyen de suicide dans le monde,en particulier en Asie rurale (Hvistendahl 2013), et représente 1/3 des suicides annuels pourplus de 200 000 décès (Eddleston 2008).Comme la hAChE, la hBChE est inhibée par les carbamates et les OPs sans toutefois desymptômes associées. C'est un excellent bioépurateur des OPs, une forme injectable dehBChE étant en cours de développement pour la protection contre l'intoxication par les OPs.Les moyens thérapeutiques actuels étant assez peu efficaces, leur développement reste unepriorité et passe par la connaissance détaillée des mécanismes d'inhibition et de résistance auxtraitements. C'est dans ce contexte que j'ai développé mes travaux de recherche depuis masoutenance de thèse en 1999.Je commencerai ce mémoire par une introduction non exhaustive sur la structure généraledes cholinestérases, l'inhibition par les pesticides et neurotoxiques organophosphorés et lescontre-mesures médicales des armes chimiques. Dans une seconde partie, je présenterai lecheminement ayant conduit à la résolution de la structure de la butyrylcholinestérase humaineet les principaux enseignements obtenus. Puis je montrerai l'apport des structures decholinestérases phosphylées sur la connaissance détaillée des mécanismes d'inhibition et devieillissement. Et enfin je présenterai mes travaux actuels et leurs perspectives sur ledéveloppement de nouvelles contremesures des toxiques de guerre organophopshorés

Fast, clash-free RNA conformational morphing using molecular junctions

International audienceMotivation: Non-coding ribonucleic acids (ncRNA) are functional RNA molecules that are not translated into protein. They are extremely dynamic, adopting diverse conformational substates, which enables them to modulate their interaction with a large number of other molecules. The flexibility of ncRNA provides a challenge for probing their complex 3D conformational landscape, both experimentally and computationally.Results: Despite their conformational diversity, ncRNAs mostly preserve their secondary structure throughout the dynamic ensemble. Here we present a kinematics-based procedure to morph an RNA molecule between conformational substates, while avoiding inter-atomic clashes. We represent an RNA as a kinematic linkage, with fixed groups of atoms as rigid bodies and rotatable bonds as degrees of freedom. Our procedure maintains RNA secondary structure by treating hydrogen bonds between base pairs as constraints. The constraints define a lower-dimensional, secondary-structure constraint manifold in conformation space, where motions are largely governed by molecular junctions of unpaired nucleotides. On a large benchmark set, we show that our morphing procedure compares favorably to peer algorithms, and can approach goal conformations to within a low all-atom RMSD by directing fewer than 1% of its atoms. Our results suggest that molecular junctions can modulate 3D structural rearrangements, while secondary structure elements guide large parts of the molecule along the transition to the correct final conformation.Availability and Implementation: The source code, binaries and data are available at https://simtk.org/home/kgs

Glucocorticoids

As one class of the most important steroid hormones, glucocorticoids have long been recognised and their therapeutic benefits have been widely used in clinical treatment, especially in anti-inflammation cases. Glucocorticoids regulate various processes in the body including the mobilization of energy stores, immune functions, gene expression, and maintenance of the homeostasis as well as the stress response, this is not surprising that the concept of "glucocorticoids" is mentioned in almost all medical text books that focus on specific organs or systems such as the cardiovascular system, the immune system, and the neuroendocrine system. The book of Glucocorticoids - New Recognition of Our Familiar Friend aims to introduce the latest findings relating to glucocorticoids, either freshly from the laboratory or from clinical case studies, and to open up a new angle of looking at the issue of balancing the therapeutic benefits and side effects brought up by glucocorticoids