Elucidating and Targeting EZH2 in the DNA Damage Response in Small Cell Lung Cancer

Emory University, Atlanta GA

Investigators

Linked publications & trials

Abstract

PROJECT SUMMARY    Small cell lung cancer (SCLC) is the most aggressive form of lung cancer, with a median survival of 24  months and a five-­year overall survival of 7%. Cisplatin-­based chemotherapy is the first-­line treatment for SCLC,  functioning  by  creating  DNA  crosslinks  leading  to  cancer  cell  death.  While  initially  effective,  many  patients  ultimately develop cisplatin resistance and experience tumor recurrence. The DNA damage response (DDR) is  a signaling network that recognizes challenges to genome integrity and coordinates diverse DNA repair and cell  cycle  checkpoint  pathways.  Targeting  DDR  proteins  critical  to  the  cellular  response  to  cisplatin  in  SCLC  may  overcome  acquired  cisplatin  resistance,  but  the  cellular  response  to  cisplatin  remains  unclear  because  many  proteins  that  respond  to  cisplatin-­induced  DNA  damage  have  yet  to  be  identified.  To  address  this  issue,  a  synthetic lethal screen using a custom siRNA library of 1008 nuclear enzymes was performed in H128 cisplatin-­ resistant SCLC cells to identify genes critical for mediating cisplatin resistance. Enhancer Of Zeste 2 Polycomb  Repressive  Complex  2  Subunit  (EZH2),  a  H3  K27  methyltransferase,  was  identified  as  one  of  the  strongest  synthetic lethal hits in the screen, where knockdown of EZH2 strongly sensitized H128 cells to cisplatin.   EZH2 is overexpressed in SCLC as well as other cancers and has been implicated in cancer progression.  Moreover, EZH2 inhibitors have shown efficacy in several cancers, including SCLC;? however, the the molecular  underpinnings  of  the  efficacy  of  EZH2  depletion  or  inhibition  in  SCLC  and  the  mechanistic  role  of  EZH2  in  mediating cisplatin resistance in SCLC are unclear. In this regard, I validated that EZH2 depletion in cisplatin-­ resistant H128 and H146 SCLC cell lines results in cisplatin hypersensitivity, and furthermore found that EZH2  localizes to DNA damage sites induced by laser microirradiation, suggesting that EZH2 may function directly in  mediating  DNA  damage  resistance  in  SCLC.  In  addition,  using  mass  spectrometry  analysis  of  purified  EZH2  from cells, I identified a novel interaction between EZH2 and DNA Damage-­Binding Protein 1 (DDB1), an E3  ubiquitin ligase component that promotes nucleotide excision repair (NER) of cisplatin-­induced DNA intrastrand  crosslinks, which I validated by co-­immunoprecipitation. As such, I hypothesize that EZH2 plays a critical role in  mediating cisplatin resistance in SCLC by promoting DNA damage response (DDR) activities and furthermore  that EZH2 inhibition will sensitize resistant SCLC cells and tumors with dysregulated DDR pathways to cisplatin  treatment. Aim 1 will determine the mechanism by which EZH2 mediates cisplatin resistance in SCLC. Aim 2 will  determine  if  EZH2  inhibition  sensitizes  resistant  SCLC  cells  and  tumors  with  dysregulated  DDR  protein  expression to cisplatin treatment in vitro and in vivo. Completion of these aims will define a novel role for EZH2  in  the  DDR  in  mediating  cisplatin  resistance  in  SCLC  and  elucidate  the  effectiveness  and  specific  biological  context  for  which  EZH2  can  function  as  a  novel  therapeutic  target  for  improving  the  efficacy  of  treatment  for  patients with SCLC who fail initial treatment.