DNA helicases BLM, RECQL4 and PIF1 as therapeutic targets in cancer
DNA-Helikasen sind für die Erhaltung des Genoms unerlässlich, da sie bei der DNA-Replikation, Transkription, Rekombination und Reparatur von DNA-Schäden eine entscheidende Rolle spielen. DNA-Helikasen spielen bei Krebs eine Doppelrolle, da sowohl inaktivierende Mutationen als auch Überexpression zur Tumorentstehung führen können. Der klinische Erfolg der Hemmung von Proteinen, die an der DNA-Schadensreparatur beteiligt sind, bei der Krebsbehandlung ermutigt zur Erforschung des potenziellen Einsatzes von DNA-Helikase-Inhibitoren als therapeutische Wirkstoffe. Die Rolle der DNA-Helikasen BLM, RECQL4 und PIF1 bei der Krebsentstehung ist jedoch noch wenig erforscht, und die vorhandenen Inhibitoren dieser Helikasen sind noch weit vom klinischen Einsatz entfernt. Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen von BLM, RECQL4 und PIF1 auf die Prognose von Krebspatienten zu analysieren und neu entwickelte Inhibitoren dieser Helikasen in Krebszellen zu validieren. Zu diesem Zweck analysierten wir genomische und transkriptomische Veränderungen von BLM, RECQL4 und PIF1 in großen, öffentlich zugänglichen Krebsdatensätzen und deren Zusammenhang mit dem Überleben der Patienten und anderen klinischen Parametern. Wir stellten fest, dass RECQL4-Hochamplifikationen und BLM- und RECQL4-Mutationen bei Krebspatienten häufig vorkommen, während genomische Veränderungen bei PIF1 selten sind. Darüber hinaus fanden wir heraus, dass das Fehlen von BLM-Mutationen und das Vorhandensein von RECQL4-Hochamplifikationen im Allgemeinen mit einem schlechten Gesamtüberleben, einer erhöhten Metastasierungsrate und einer geringeren Mikrosatelliteninstabilität und Mutationslast des Tumors verbunden sind. Eine Analyse der Anreicherung von Gensätzen zeigte außerdem, dass die Immun-Signalisierung in Proben mit hoher RECQL4-Amplifikation herunterreguliert wurde. Weitere Analysen von Kohorten von Melanompatienten, die mit Immun-Checkpoint-Inhibitoren behandelt wurden, zeigten, dass hohe RECQL4-Werte mit einer verminderten Rekrutierung von intra-tumoralen Immunzellen verbunden waren, was zu einem schlechteren Ansprechen auf eine Anti-PD-1-Behandlung führte. Um das Zusammenspiel zwischen RECQL4 und der Immunsignalisierung zu untersuchen, haben wir RECQL4 überexprimierende Melanomzelllinien erzeugt. Proteomics- und Secretomics-Analysen dieser Zellen zeigten eine RECQL4-bedingte Herabregulierung von MHC-II-Molekülen und Zytokinen, die an der Rekrutierung und Aktivität von Immunzellen beteiligt sind. Was die transkriptionellen Veränderungen betrifft, so haben wir festgestellt, dass die Expression von BLM, RECQL4 und PIF1 in Tumorgeweben im Vergleich zu gesundem Nachbargewebe erhöht ist. Diese erhöhte Expression korreliert mit einem schlechteren Gesamtüberleben und dient als zuverlässiger unabhängiger prognostischer Faktor für das Überleben von Krebspatienten. Schließlich testeten wir in Zusammenarbeit mit unseren Industriepartnern neu entwickelte Verbindungen, die auf BLM und PIF1 abzielen. Wir analysierten die Auswirkungen der verschiedenen Inhibitoren auf das Zellüberleben, die Proliferation, die Migration und den Zellzyklus von Melanomzellen. Unsere Ergebnisse zeigten, dass LDC088619 und ED770968 die wirksamsten BLM- bzw. PIF1-Inhibitoren sind und die Zellfunktionen erheblich verändern. Es sind jedoch noch weitere Analysen erforderlich, um ihr Potenzial als therapeutische Wirkstoffe zu validieren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Arbeit den Weg für die Verwendung von BLM, RECQL4 und PIF1 als prognostische Faktoren für schlechtes Überleben bei Krebs ebnet. Darüber hinaus schlagen wir ihre Eignung als therapeutische Ziele für die Krebsbehandlung vor und haben vielversprechende Verbindungen identifiziert, die auf BLM und PIF1 abzielen. Insbesondere zeigt diese Studie die potenzielle Rolle von RECQL4 bei der Immunevasion auf und schlägt vor, dass eine gezielte Behandlung von RECQL4 das Ansprechen auf eine Immuntherapie verbessern könnte.
DNA helicases are essential for genome maintenance as they play critical roles in DNA replication, transcription, recombination, and DNA damage repair. In cancer, DNA helicases have dual roles since both inactivating mutations and overexpression can lead to tumor development. The clinical success of inhibiting proteins involved in DNA damage repair for cancer treatment encourages exploration of the potential use of DNA helicase inhibitors as therapeutic agents. However, the role of BLM, RECQL4 and PIF1 DNA helicases in cancer progression remains poorly investigated and the existing inhibitors of these helicases are far from clinical use. This study aims to analyze the impact of BLM, RECQL4 and PIF1 on cancer patient prognosis and to validate newly generated inhibitors of these helicases in cancer cells. To achieve this purpose, we analyzed genomic and transcriptomic alterations of BLM, RECQL4 and PIF1 in large pan-cancer publicly available datasets and their association with patient survival and other clinical parameters. We observed that RECQL4 high amplifications and BLM and RECQL4 mutations are common in cancer patients, while genomic alterations in PIF1 are rare. Additionally, we found that the absence of BLM mutations and the presence of RECQL4 high amplifications are generally associated with poor overall survival, increased metastasis rate, and reduced microsatellite instability and tumor mutational burden. Furthermore, gene set enrichment analysis indicated that immune signaling was downregulated in samples with high RECQL4 amplification. Further analysis of cohorts of melanoma patients treated with immune checkpoint inhibitors showed that high RECQL4 levels were linked to decreased recruitment of intra-tumoral immune cells, resulting in a poorer response to anti-PD-1 treatment. To investigate the interplay between RECQL4 and immune signaling, we generated RECQL4 overexpressing melanoma cell lines. Proteomics and secretomics analyses of these cells revealed RECQL4-driven downregulation of MHC-II molecules and cytokines involved in immune cell recruitment and activity. Regarding transcriptional changes, we found that BLM, RECQL4 and PIF1 expression is upregulated in tumor tissues compared to healthy adjacent tissues. This increased expression is correlated with worse overall survival and serves as a reliable independent prognostic factor for cancer patient survival. Finally, in collaboration with our industrial partners, we tested newly generated compounds targeting BLM and PIF1. We analyzed the effects of various inhibitors on cell survival, proliferation, migration, and cell cycle in melanoma cells. Our results showed that LDC088619 and ED770968 are the most potent BLM and PIF1 inhibitors, respectively, significantly altering cellular functions. However, further analyses are still required to validate their potential as therapeutic agents. In conclusion, this thesis paves the way for the use of BLM, RECQL4 and PIF1 as prognostic factors for poor survival in cancer. In addition, we propose their suitability as therapeutic targets for cancer treatment and identified promising compounds for targeting BLM and PIF1. Notably, this study reveals the potential role of RECQL4 in immune evasion and proposes that targeting RECQL4 might improve the response to immunotherapy.