Omomyc as a novel therapeutic strategy against metastatic triple-negative breast cancer, alone and in combination with the standard of care

Abstract

Aquesta tesi avança els nostres coneixements sobre la inhibició de MYC com a estratègia terapèutica contra el càncer de mama triple negatiu (TNBC), una malaltia agressiva amb mal pronòstic i opcions de tractament limitades. MYC és un factor de transcripció que està desregulat a la majoria dels càncers humans i els nivells del qual són desproporcionadament elevats al TNBC en comparació amb altres subtipus moleculars de càncer de mama. Funciona com un impulsor de la tumorigènesi i com a modulador dels mecanismes de resposta al dany de l'ADN (DDR). El nostre laboratori va desenvolupar Omomyc, el primer inhibidor directe de MYC a arribar a un assaig clínic de Fase 2. Prèviament havíem demostrat que la inhibició de MYC a través del transgèn Omomyc és eficaç contra el càncer de mama metastàtic, i ara mostrem que, en models de TNBC, la miniproteïna Omomyc és capaç de bloquejar el programa transcripcional de MYC més eficaçment que el transgèn, i té potents propietats antitumorals i antimetastàtiques. In vitro, hem identificat un panell de gens que podrien explicar els efectes antimetastàsics d'Omomyc i tenir valor pronòstic a TNBC. A més, hem demostrat el mecanisme d'acció d'Omomyc i la unió a la seva diana mitjançant l'assaig de lligació per proximitat in situ (isPLA). In vivo, la miniproteïna Omomyc pot prevenir eficaçment la implantació de cèl·lules de TNBC als pulmons i frenar el creixement tumoral. El potent efecte de la miniproteïna com a monoteràpia ens va portar a provar la seva eficàcia en combinació amb tractaments estàndard per al TNBC. Vàrem començar combinant Omomyc amb quimioteràpia, particularment taxans, contra els quals MYC és considerat un mecanisme de resistència. Els nostres resultats demostren que la miniproteïna actua sinèrgicament amb la quimioteràpia en totes les línies cel·lulars provades, augmentant la mort cel·lular i permetent la reducció de la dosi de quimioteràpia. A més, revelem un nou mecanisme mitjançant el qual Omomyc disminueix l'expressió dels gens DDR a TNBC, causant defectes a la DDR i induint dany a l'ADN per si mateix. Això crea una oportunitat única per a combinacions terapèutiques en el context de DDR. Quan es combina amb inhibidors de PARP (PARPi), el tractament estàndard per a tumors TNBC amb mutacions germinals a BRCA, Omomyc potencia el dany a l'ADN i reverteix la resistència tant intrínseca com adquirida a PARPi en diversos models. És important destacar que, utilitzant models derivats de pacients i mostres clíniques, hem identificat que l'activitat transcripcional de MYC és un potencial biomarcador predictiu de resistència a PARPi. Això suggereix que es podrien estratificar pacients en funció de l'activitat de MYC i seleccionar tractaments d'acord amb això. A la secció final d'aquesta tesi, presentem evidència preliminar que la combinació Omomyc-PARPi és efectiva no només en models de TNBC amb mutacions a BRCA, sinó també en models de TNBC amb BRCA funcional. A més, explorem el potencial terapèutic d'aquesta combinació en altres neoplàsies relacionades amb BRCA, com ara els càncers de pàncrees i ovari, suggerint que l'aplicació d'aquesta estratègia de tractament pot anar més enllà del TNBC. Els nostres descobriments destaquen el potencial terapèutic d'Omomyc i estableixen les bases per combinar la inhibició de MYC amb PARPi, particularment en tumors TNBC resistents a PARPi. Aquesta estratègia representa un enfocament prometedor per abordar una necessitat clínica no satisfeta en aquest tipus de càncer tan agressiu, i més enllà.

Esta tesis avanza nuestros conocimientos sobre la inhibición de MYC como estrategia terapéutica en el cáncer de mama triple negativo (TNBC), una enfermedad agresiva con mal pronóstico y opciones de tratamiento limitadas. MYC es un factor de transcripción que está desregulado en la mayoría de los cánceres humanos y cuyos niveles son desproporcionadamente elevados en TNBC en comparación con otros subtipos moleculares de cáncer de mama. Funciona como un impulsor de la tumorigénesis y como modulador de los mecanismos de respuesta al daño del ADN (DDR). Nuestro laboratorio desarrolló Omomyc, el primer inhibidor directo de MYC en llegar a un ensayo clínico de Fase 2. Previamente demostramos que la inhibición de MYC a través del transgén Omomyc es eficaz contra el cáncer de mama metastásico, y ahora mostramos que, en modelos de TNBC, la mini-proteína Omomyc es capaz de bloquear el programa transcripcional de MYC más eficazmente que el transgén, y tiene potentes propiedades antitumorales y antimetastásicas. In vitro, hemos identificado un panel de genes que podrían explicar los efectos antimetastásicos de Omomyc y tener valor pronóstico en TNBC. Además, hemos demostrado el mecanismo de acción de Omomyc y la unión a su diana mediante el ensayo de ligación por proximidad in situ (isPLA). In vivo, la mini-proteína Omomyc puede prevenir eficazmente la implantación de células de TNBC en los pulmones y frenar el crecimiento tumoral. El potente efecto de la mini-proteína como monoterapia nos llevó a probar su eficacia en combinación con tratamientos estándar para TNBC. Empezamos combinando Omomyc con quimioterapia, particularmente taxanos, frente a los cuales MYC es considerado un mecanismo de resistencia. Nuestros resultados demuestran que la mini-proteína actúa sinérgicamente con la quimioterapia en todas las líneas celulares probadas, aumentando la muerte celular y permitiendo la reducción de la dosis de quimioterapia. Además, revelamos un nuevo mecanismo mediante el cual Omomyc disminuye la expresión de los genes DDR en TNBC, causando defectos en la DDR e induciendo daño en el ADN por sí mismo. Esto crea una oportunidad única para combinaciones terapéuticas en el contexto de DDR. Cuando se combina con inhibidores de PARP (PARPi), el tratamiento estándar para tumores TNBC con mutaciones germinales en BRCA, Omomyc potencia el daño al ADN y revierte la resistencia tanto intrínseca como adquirida a PARPi en varios modelos. Es importante destacar que, utilizando modelos derivados de pacientes y muestras clínicas, identificamos la actividad transcripcional de MYC como un potencial biomarcador predictivo de resistencia a PARPi. Esto sugiere que se podrían estratificar pacientes en función de la actividad de MYC y seleccionar tratamientos en base a ello. En la sección final de esta tesis, presentamos evidencia preliminar de que la combinación Omomyc-PARPi es efectiva no solo en modelos de TNBC con mutaciones en BRCA, sino también en modelos de TNBC con BRCA funcional. Además, exploramos el potencial terapéutico de esta combinación en otras neoplasias relacionadas con BRCA, como los cánceres de páncreas y ovario, sugiriendo que la aplicación de esta estrategia de tratamiento puede ir más allá del TNBC. Nuestros hallazgos destacan el potencial terapéutico de Omomyc y establecen las bases para combinar la inhibición de MYC con PARPi, particularmente en tumores TNBC resistentes a PARPi. Esta estrategia representa un enfoque prometedor para abordar una necesidad clínica no satisfecha en este tipo de cáncer tan agresivo, y más allá.

This thesis advances our understanding of MYC inhibition as a therapeutic strategy in triple-negative breast cancer (TNBC), an aggressive disease with poor prognosis and limited treatment options. MYC is a transcription factor dysregulated in most human cancers, being disproportionately elevated in TNBC compared to other breast cancer molecular subtypes. It functions as a key driver of tumorigenesis and a modulator of DNA damage response (DDR) mechanisms. Our laboratory developed Omomyc, the first direct MYC inhibitor to reach a Phase II clinical trial, but also an important research tool in MYC biology. Having previously demonstrated that MYC inhibition through conditional expression of an Omomyc transgene was efficacious against metastatic breast cancer, we now show that, in TNBC models, direct administration of the Omomyc mini-protein is superior to the transgene in shutting down MYC’s transcriptional programme and exhibits potent antitumour and antimetastatic properties. On one hand, in vitro, we identify a panel of genes that could explain Omomyc's anti-metastatic effects, have prognostic value in TNBC and demonstrate Omomyc's mechanism of action and target-engagement through in situ proximity ligation assay (isPLA). On the other, in vivo, we show that the Omomyc mini-protein effectively prevents TNBC metastatic seeding and tumour growth. The powerful effect of the mini-protein as monotherapy then prompted us to test its efficacy in combination with standard of care treatments for TNBC. We began by combining Omomyc with chemotherapy, particularly taxanes, where MYC is regarded as a mechanism of resistance. Our results demonstrate that the mini-protein synergizes with chemotherapy in all cell lines tested, contributing to increased cell death and enabling reduction of chemotherapy dosing. Additionally, we reveal a novel mechanism whereby Omomyc downregulates DDR genes in TNBC, causing DDR defects and inducing DNA damage itself. This creates a unique opportunity for therapeutic combinations in the DDR context. Indeed, when combined with PARP inhibitors (PARPi), the standard of care for germline BRCA-mutated TNBC, Omomyc enhances DNA damage and overcomes both intrinsic and acquired PARPi resistance in various models. Importantly, using patient-derived models and clinical samples, we identify MYC transcriptional activity as a potential predictive biomarker of PARPi resistance. This provides a rational basis for patient stratification and treatment selection. In the final section of this thesis, we present preliminary evidence that the Omomyc-PARPi combination is effective not only in BRCA-mutated TNBC but also in BRCA-wildtype TNBC models. Furthermore, we explore the therapeutic potential of this combination in other BRCA-related malignancies, including pancreatic and ovarian cancers, suggesting broader applications for this treatment strategy. Our findings highlight the therapeutic potential of Omomyc and establish a compelling rationale for combining MYC inhibition with PARPi, particularly in PARPi-resistant TNBC. This combination strategy represents a promising approach for addressing an unmet clinical need in these aggressive breast cancers and beyond.