Identification of HIV-1 reactivating quinoline compounds as bromodomain inhibitors

Abstract

Tras la infección por VIH-1, el establecimiento de un depósito de células T en reposo infectadas latentemente con VIH impide la erradicación del virus en pacientes. Para lograr la erradicación, la terapia retroviral existente debe combinarse con medicamentos que reactiven los virus latentes. Previamente, nuestro grupo describió un nuevo compuesto químico, MMQO (8-metoxi-6-metilquinolin-4-ol) que es capaz de reactivar la transcripción viral a través de un mecanismo desconocido. El objetivo de este proyecto fue identificar los proteínas que interaccionan con MMQO e investigar su papel en la reactivación del VIH-1. Hemos establecido que MMQO es capaz de inducir la transcripción de minigenomas provirales que carecen de genes para los componentes virales, lo que nos permite plantear la hipótesis de que el compuesto funciona principalmente a través de factores del huésped. La caracterización de los perfiles de transcripción de MMQO mediante microarrays de expresión nos permitió identificar numerosos rasgos provocados por el compuesto. MMQO muestra una robusta naturaleza inmunosupresora que afecta a la proliferación celular debido a la disminución de los niveles proteicos de cMyc y Bcl-2 y la desregulación de genes sensibles a acetilación. Estas características indican que MMQO imita las lisinas acetiladas de histonas y funciona como un inhibidor de bromodominio y dominio extraterminal (BET). Análisis adicionales de la expresión génica y proteómica confirmaron esta hipótesis y demostramos que MMQO desplaza de la cromatina a Brd4, un miembro de la familia BET y antagoniza el papel pro-latente de Brd4 cerca del sitio de inicio de la transcripción de VIH-1. Modelos computacionales de docking también confirmaron la especificidad de MMQO hacia los bromodominios de la familia BET y un ensayo in vitro mediante FRET contra los miembros de la familia, identificó que MMQO tiene una mayor afinidad hacia la proteína Brd9. Por último, hemos establecido que la inhibición de Brd9 tiene un mínimo efecto sobre la expresión proviral, lo que sugiere que la principal función de MMQO sobre VIH-1 se puede atribuir al desplazamiento de Brd4. Debido a la amplia gama de propiedades de los inhibidores de la familia BET, estas moléculas se están evaluando actualmente en ensayos clínicos contra diversos tipos de cáncer y afecciones inmunitarias. MMQO, con un funcionamiento dual, es un nuevo miembro de esta clase de medicamentos. La estructura minimalista de MMQO puede ser muy prometedora ya que puede ser modificada para optimizar la afinidad hacia Brd9 / 4 y, potencialmente, podría ser de utilidad en la investigación contra una gran variedad de enfermedades, incluyendo el VIH.

Upon HIV-1 infection, a reservoir of HIV latently infected resting T cells prevents the eradication of the virus from patients. To achieve eradication, the existing virus suppressing antiretroviral therapy must be combined with drugs that reactivate the dormant viruses. Our group previously described a novel chemical scaffold compound, MMQO (8-methoxy-6-methylquinolin-4-ol), which is capable of reactivating viral transcription through an unknown mechanism. The objective of this project was to identify the molecular binding partners of MMQO and elaborate their role in the reactivation of HIV-1. We established that MMQO is capable of inducing HIV-1 independently of viral proteins by inducing transcription from proviral minigenomes lacking genes for viral components, allowing us to hypothesize that the compound primarily functions through host factors. Characterizing MMQO’s transcriptional profiles with total mRNA expression microarrays, we were able to identify numerous traits provoked by the drug. MMQO displayed a robust immunosuppressive nature, it affected cell proliferation by diminishing cMyc and Bcl-2 protein levels and increased the dysregulation of acetylation sensitive genes. These hallmarks indicated that MMQO mimics acetylated lysines of core histones and functions as a bromodomain and extraterminal domain (BET) protein family inhibitor. Further gene expression and proteomic analysis confirmed this supposition and we demonstrated that MMQO deposes of the BET family member Brd4 from global chromatin and antagonizes the pro-latent role of Brd4 near the transcription start site of HIV-1. Computational docking models also confirmed MMQO’s specificity towards the BET family bromodomains and an in vitro screening against the family members by FRET identified MMQO to have the highest affinity towards the Brd9 protein. Finally, we established that the inhibition of Brd9 had minimal effect on the proviral expression, suggesting that the primary function of MMQO on HIV-1 can be attributed to the displacement of Brd4. Due to the broad range of properties characteristic to BET family inhibitors, these molecules are currently being evaluated in clinical trials against various types of cancers and immune conditions. The dual functioning scaffold compound MMQO is a new member of this class of drugs. The minimalistic structure of MMQO shows promise for it to be further optimized for higher affinities towards Brd9 / 4 and could potentially be of use in research against a variety of diseases, including HIV.

Programa de doctorat en Biomedicina