A nucleosome sliding assay platform to screen inhibitors of SWI/SNF chromatin remodeling complexes

Epicypher, Inc., Research Triangle Park NC

Investigators

Abstract

PROJECT SUMMARY  In  this  proposal,  EpiCypher  Inc.  will  develop  the  first  commercially  available  assay  to  monitor  nucleosome  remodeling,  a  major  current  focus  for  rational  drug  discovery  that  is  starved  of  HTS  tools.  Nucleosomes are the basic units of chromatin, made up of ~147 bp DNA tightly wrapped around an octamer of  histone  proteins.  Chromatin  remodeling  complexes  utilize  ATP  to  disrupt  DNA-­histone  interactions  and  reposition nucleosomes, thus regulating DNA access. Aberrant nucleosome organization can severely disrupt  gene expression, DNA repair and cellular differentiation, and is associated with cancer and disorders including  schizophrenia, chronic inflammation, and intellectual disability. The profound role of remodeling complexes in  tumorigenesis  and  cancer  progression  represents  a  new  target  class  for  epigenetic  drug  discovery  rapidly  gathering attention from our commercial partners. Of particular therapeutic interest are the SWI/SNF family of  chromatin  remodeling  complexes,  with  20%  of  all  human  cancers  harboring  a  subunit  mutation.  SWI/SNF  complexes  are  comprised  of  a  remodeling  ATPase  (SMARCA2  [BRM]  or  SMARCA4  [BRG1]),  three  core  proteins,  and  an  additional  four  to  eight  accessory  proteins  (varying  by  cell  type)  that  direct  genomic  localization  of  the  complex  and  stimulate  catalysis.  The  catalytic  ATPase  domains  of  SWI/SNF  complexes  have  been  identified  in  multiple  studies  as  rational  targets  for  therapeutic  development.  However,  chromatin  remodeling  assays  amenable  to  high  throughput  screening  are  currently  lacking,  a  problem  EpiCypher  will  address through this proposal. We will assess the feasibility of using recombinant nucleosomes (rNucs)  homogenously  assembled  on  sliding  DNA  sequences  as  a  high-­throughput,  biologically  relevant  screening  platform  to  identify  compounds  that  directly  inhibit  chromatin  remodeling.  In  Aim  1,  EpiCypher  will  develop  an  innovative  rNuc-­based  nucleosome  sliding  assay,  which  capitalizes  on  a  unique  DNA  template  that  can  be  radiolabeled  after  SWI/SNF  repositions  the  histone  octamer  to  expose  a  Dam  methylation  site  (GATC).  In  Aim  2,  we  will  validate  the  sliding  rNuc  substrates  by  assaying  chromatin  remodeler activity with the isolated SMARCA4 enzyme. In Phase II, we will focus on commercial production of  this high-­throughput sliding rNuc screening platform for the identification of inhibitors that target the SWI/SNF  chromatin  remodeling  family.  This  highly  innovative  research  program  will  enable  therapeutic  development  toward chromatin remodeling complexes, a major class of drug targets that currently lack adequate screening  tools.