Discovery of small-molecule modulators of the NRF1 pathway for treatment of cancer and neurodegenerative disorders

Abstract

Disruption of protein homeostasis is a central pathogenic feature of many diseases, including cancer and neurodegeneration. The transcription factor NFE2L1 (NRF1) is a key regulator of proteasome recovery after proteasome inhibition through the so-called bounce-back response. This thesis investigates the regulatory role of NFE2L1 in cellular stress responses with a particular focus on proteasome function, lipid peroxidation and ferroptosis. Dual-luciferase reporter cell lines enabling quantitative monitoring of NFE2L1 transcriptional activity under various stress conditions were established and optimized. Using this system, a specialized library of small-molecule modulators prepared by the Drug Discovery Research Group at IOCB was screened to identify molecules modulating the NFE2L1 pathway. Several candidate compounds were identified that significantly altered NFE2L1-driven transcription and affected downstream proteasome-related gene expression. Furthermore, genetic perturbation and cell viability assays were employed to examine how modulation of NFE2L1 influences susceptibility to ferroptosis. The results demonstrate that NFE2L1 activity alters cellular responses to lipid peroxidation and affects the expression of ferroptosis-associated genes. The results also confirmed that proteasome...

Narušení proteostázy představuje jeden z klíčových patogenetických mechanismů celé řady onemocnění, včetně nádorových a neurodegenerativních chorob. Transkripční faktor NFE2L1 (NRF1) je klíčovým regulátorem obnovy proteasomu po jeho inhibici prostřednictvím takzvané bounce-back odpovědi. V rámci této práce byly vytvořeny a optimalizovány buněčné linie s duálním luciferázovým reportérovým systémem, které umožňují kvantitativní sledování transkripční aktivity NFE2L1 za různých stresových podmínek. Pomocí tohoto systému byla testována specializovaná knihovna nízkomolekulárních sloučenin připravená skupinou Drug Discovery Research Group v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR s cílem identifikovat látky modulující signalizační dráhu NFE2L1. Bylo identifikováno několik kandidátních sloučenin, které významně ovlivňovaly transkripci řízenou NFE2L1 a expresi genů souvisejících s funkcí proteasomu. Dále byly využity genetické zásahy a testy buněčné viability ke studiu vlivu modulace NFE2L1 na citlivost buněk k ferroptóze. Bylo prokázáno, že aktivita NFE2L1 mění buněčnou odpověď na peroxidaci lipidů a ovlivňuje expresi genů spojených s ferroptotickou signalizací. Získané výsledky rovněž potvrdily, že porucha funkce proteasomu zvyšuje citlivost buněk k ferroptotické buněčné smrti a že obnova proteasomu...