Mutations in genes of the RAS family are preset on about 20% of human cancers, making RAS proteins prime potential targets for cancer therapy. Direct targeting of RAS proteins has not so far been productive, but two papers published in this issue offer the prospect of alternative targets in a signalling pathway downstream of RAS. Using a synthetic lethality RNAi screen, Barbie et al. identify TBK1 as a kinase in the NF-κB signalling pathway that is essential for the survival of KRAS-transformed cells. TBK1 induces anti-apoptotic signals and may be a therapeutic cancer target. And in an elegant mouse model for lung cancer driven by Kras mutation and loss of p53, Meylan et al. show that NF-κB signalling is activated by the concerted actions of these two alterations and required for tumour initiation and tumour maintenance. KRAS is a proto-oncogene that is mutated in a wide variety of human cancers. Although this makes KRAS an obvious candidate for the development of targeted therapies, it has so far remained refractory to this approach. Systematic RNA interference is now used to detect synthetic lethal partners of oncogenic KRAS, revealing that TBK1 and NF-κB signalling are essential in KRAS mutant tumours. This may provide an alternative approach for targeting KRAS therapeutically. The proto-oncogene KRAS is mutated in a wide array of human cancers, most of which are aggressive and respond poorly to standard therapies. Although the identification of specific oncogenes has led to the development of clinically effective, molecularly targeted therapies in some cases, KRAS has remained refractory to this approach. A complementary strategy for targeting KRAS is to identify gene products that, when inhibited, result in cell death only in the presence of an oncogenic allele1,2. Here we have used systematic RNA interference to detect synthetic lethal partners of oncogenic KRAS and found that the non-canonical IκB kinase TBK1 was selectively essential in cells that contain mutant KRAS. Suppression of TBK1 induced apoptosis specifically in human cancer cell lines that depend on oncogenic KRAS expression. In these cells, TBK1 activated NF-κB anti-apoptotic signals involving c-Rel and BCL-XL (also known as BCL2L1) that were essential for survival, providing mechanistic insights into this synthetic lethal interaction. These observations indicate that TBK1 and NF-κB signalling are essential in KRAS mutant tumours, and establish a general approach for the rational identification of co-dependent pathways in cancer.

Abstract

 BRCA1 immunostaining reveals discrete, nuclear foci during S phase of the cell cycle. Human Rad51, a homolog of bacterial RecA, behaves similarly. The two proteins were found to colocalize in vivo and to coimmunoprecipitate. BRCA1 residues 758–1064 alone formed Rad51-containing complexes in vitro. Rad51 is also specifically associated with developing synaptonemal complexes in meiotic cells, and BRCA1 and Rad51 were both detected on asynapsed (axial) elements of human synaptonemal complexes. These findings suggest a functional interaction between BRCA1 and Rad51 in the meiotic and mitotic cell cycles, which, in turn, suggests a role for BRCA1 in the control of recombination and of genome integrity.

Dicer is the enzyme that cleaves double-stranded RNA (dsRNA) into 21–25-nt-long species responsible for sequence-specific RNA-induced gene silencing at the transcriptional, post-transcriptional, or translational level. We disrupted the dicer-1 ( dcr-1 ) gene in mouse embryonic stem (ES) cells by conditional gene targeting and generated Dicer-null ES cells. These cells were viable, despite being completely defective in RNA interference (RNAi) and the generation of microRNAs (miRNAs). However, the mutant ES cells displayed severe defects in differentiation both in vitro and in vivo. Epigenetic silencing of centromeric repeat sequences and the expression of homologous small dsRNAs were markedly reduced. Re-expression of Dicer in the knockout cells rescued these phenotypes. Our data suggest that Dicer participates in multiple, fundamental biological processes in a mammalian organism, ranging from stem cell differentiation to the maintenance of centromeric heterochromatin structure and centromeric silencing.

Hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1) is a heterodimeric transcription factor that is critical for hypoxic induction of a number of physiologically important genes. We present evidence that regulation of HIF-1 activity is primarily determined by the stability of the HIF-1alpha protein. Both HIF-1alpha and HIF-1beta mRNAs were constitutively expressed in HeLa and Hep3B cells with no significant induction by hypoxia. However, the HIF-1alpha protein was barely detectable in normoxic cells, even when HIF-1alpha was overexpressed, but was highly induced in hypoxic cells, whereas HIF-1beta protein levels remained constant, regardless of pO2. Hypoxia-induced HIF-1 binding as well as the HIF-1alpha protein were rapidly and drastically decreased in vivo following an abrupt increase to normal oxygen tension. Moreover, short pre-exposure of cells to hydrogen peroxide selectively prevented hypoxia-induced HIF-1 binding via blocking accumulation of HIF-1alpha protein, whereas treatment of hypoxic cell extracts with H2O2 had no effect on HIF-1 binding. These observations suggest that an intact redox-dependent signaling pathway is required for destablization of the HIF-1alpha protein. In hypoxic cell extracts, HIF-1 DNA binding was reversibly abolished by sulfhydryl oxidation. Furthermore, the addition of reduced thioredoxin to cell extracts enhanced HIF-1 DNA binding. Consistent with these results, overexpression of thioredoxin and Ref-1 significantly potentiated hypoxia-induced expression of a reporter construct containing the wild-type HIF-1 binding site. These experiments indicate that activation of HIF-1 involves redox-dependent stabilization of HIF-1alpha protein.

The growth-controlling functions of the adenovirus E1A oncoprotein depend on its ability ot interact with a set of cellular proteins. Among these are the retinoblastoma protein, p107, p130, and p300. We have isolated a cDNA encoding full-length human p300 and mapped the chromosomal location of the gene to chromosome 22q13. p300 contains three cysteine- and histidine-rich regions of which the most carboxy-terminal region interacts specifically with E1A. In its center, p300 contains a bromodomain, a hallmark of certain transcriptional coactivators. We have examined the ability of p300 to overcome the repressive effect of E1A on the SV40 enhancer. We show that p300 molecules lacking an intact E1A-binding site can bypass E1A repression and restore to a significant extent the activity of the SV40 enhancer, even in the presence of high levels of E1A protein. These results imply that p300 may function as a transcriptional adaptor protein for certain complex transcriptional regulatory elements.

The transcriptional coactivator and integrator p300 and its closely related family member CBP mediate multiple, signal-dependent transcriptional events. We have generated mice lacking a functional p300 gene. Animals nullizygous for p300 died between days 9 and 11.5 of gestation, exhibiting defects in neurulation, cell proliferation, and heart development. Cells derived from p300-deficient embryos displayed specific transcriptional defects and proliferated poorly. Surprisingly, p300 heterozygotes also manifested considerable embryonic lethality. Moreover, double heterozygosity for p300 and cbp was invariably associated with embryonic death. Thus, mouse development is exquisitely sensitive to the overall gene dosage of p300 and cbp. Our results provide genetic evidence that a coactivator endowed with histone acetyltransferase activity is essential for mammalian cell proliferation and development.

The retinoblastoma susceptibility gene product, Rb, is suspected to suppress cell growth. Rb is a 110-114 kd nuclear phosphoprotein. We have previously demonstrated that SV40 T antigen binds only to unphosphorylated Rb, and not pp112-114Rb, the family of phosphorylated Rb. Here we demonstrate the cell cycle-dependent phosphorylation of Rb. In G0/G1 cells, virtually all the Rb is unphosphorylated. In contrast, during S and G2, it is largely, if not exclusively, phosphorylated. Rb phosphorylation occurs at the G1/S boundary in several cell types tested. A 14 residue peptide, corresponding to the SV40 T domain required for transformation, is able to compete effectively with SV40 T for binding to p110Rb. We propose a model to explain how Rb may suppress cell growth by acting as a cell cycle regulatory element.

BRCA1 localizes to discrete nuclear foci (dots) during S phase. Hydroxyurea-mediated DNA synthesis arrest of S phase MCF7 cells led to a loss of BRCA1 from these structures. Ultraviolet light, mitomycin C, or gamma irradiation produced a similar effect but with no concurrent arrest of DNA synthesis. BARD1 and Rad51, two proteins associated with the BRCA1 dots, behaved similarly. Loss of the BRCA1 foci was accompanied by a specific, dose-dependent change(s) in the state of BRCA1 phosphorylation. Three distinct DNA damaging agents preferentially induced this change in S phase. The S phase BRCA1 phosphorylation response to DNA damage occurred in cells lacking, respectively, two DNA damage-sensing protein kinases, DNA-PK and Atm, implying that neither plays a prime role in this process. Finally, after BRCA1 dot dispersal, BRCA1, BARD1, and Rad51 accumulated, focally, on PCNA+ replication structures, implying an interaction of BRCA1/BARD1/Rad51 containing complexes with damaged, replicating DNA. Taken together, the data imply that the BRCA1 S phase foci are dynamic physiological elements, responsive to DNA damage, and that BRCA1-containing multiprotein complexes participate in a replication checkpoint response.

Sporadic basal-like cancers (BLC) are a distinct class of human breast cancers that are phenotypically similar to BRCA1-associated cancers. Like BRCA1-deficient tumors, most BLC lack markers of a normal inactive X chromosome (Xi). Duplication of the active X chromosome and loss of Xi characterized almost half of BLC cases tested. Others contained biparental but nonheterochromatinized X chromosomes or gains of X chromosomal DNA. These abnormalities did not lead to a global increase in X chromosome transcription but were associated with overexpression of a small subset of X chromosomal genes. Other, equally aneuploid, but non-BLC rarely displayed these X chromosome abnormalities. These results suggest that X chromosome abnormalities contribute to the pathogenesis of BLC, both inherited and sporadic.

The growth-suppressive function of the retinoblastoma gene product, RB, has been ascribed to the underphosphorylated RB form that prevails during G1 phase in the cell cycle. We show that addition of the paracrine growth inhibitor transforming growth factor β1 (TGF-β1) to Mv1Lu lung epithelial cells in mid to late G1 prevents phosphorylation of RB scheduled for this cell cycle stage and arrests cells in late G1. Expression of SV40 T antigen, a transforming protein that binds underphosphorylated RB, does not block the effect of TGF-β1 on RB phosphorylation but greatly reduces the growth-inhibitory response to TGF-β1. TGF-β1 and RB appear to function in a common growth-inhibitory pathway in which TGF-β1 acts to retain RB in the underphosphorylated, growth-suppressive state.