A solution-phase multiple-parallel synthesis approach was employed for the preparation of 6-, 7- and 8-aryl-substituted chromenone libraries, which were screened as inhibitors of the DNA repair enzyme DNA-dependent protein kinase (DNA-PK). These studies resulted in the identification of 8-dibenzothiophen-4-yl-2-morpholin-4-yl-chromen-4-one (NU7441) as a highly potent and selective DNA-PK inhibitor (IC50 = 14 nM), exhibiting ATP-competitive inhibition kinetics.

Abstract Ataxia telangiectasia (A-T) mutated (ATM) is critical for cell cycle checkpoints and DNA repair. Thus, specific small molecule inhibitors targeting ATM could perhaps be developed into efficient radiosensitizers. Recently, a specific inhibitor of the ATM kinase, KU-55933, was shown to radiosensitize human cancer cells. Herein, we report on an improved analogue of KU-55933 (KU-60019) with Ki and IC50 values half of those of KU-55933. KU-60019 is 10-fold more effective than KU-55933 at blocking radiation-induced phosphorylation of key ATM targets in human glioma cells. As expected, KU-60019 is a highly effective radiosensitizer of human glioma cells. A-T fibroblasts were not radiosensitized by KU-60019, strongly suggesting that the ATM kinase is specifically targeted. Furthermore, KU-60019 reduced basal S473 AKT phosphorylation, suggesting that the ATM kinase might regulate a protein phosphatase acting on AKT. In line with this finding, the effect of KU-60019 on AKT phosphorylation was countered by low levels of okadaic acid, a phosphatase inhibitor, and A-T cells were impaired in S473 AKT phosphorylation in response to radiation and insulin and unresponsive to KU-60019. We also show that KU-60019 inhibits glioma cell migration and invasion in vitro, suggesting that glioma growth and motility might be controlled by ATM via AKT. Inhibitors of MEK and AKT did not further radiosensitize cells treated with KU-60019, supporting the idea that KU-60019 interferes with prosurvival signaling separate from its radiosensitizing properties. Altogether, KU-60019 inhibits the DNA damage response, reduces AKT phosphorylation and prosurvival signaling, inhibits migration and invasion, and effectively radiosensitizes human glioma cells. [Mol Cancer Ther 2009;8(10):2894–902]

To identify approaches to target DNA repair vulnerabilities in cancer, we discovered nanomolar potent, selective, low molecular weight (MW), allosteric inhibitors of the polymerase function of DNA polymerase Polθ, including ART558. ART558 inhibits the major Polθ-mediated DNA repair process, Theta-Mediated End Joining, without targeting Non-Homologous End Joining. In addition, ART558 elicits DNA damage and synthetic lethality in BRCA1- or BRCA2-mutant tumour cells and enhances the effects of a PARP inhibitor. Genetic perturbation screening revealed that defects in the 53BP1/Shieldin complex, which cause PARP inhibitor resistance, result in in vitro and in vivo sensitivity to small molecule Polθ polymerase inhibitors. Mechanistically, ART558 increases biomarkers of single-stranded DNA and synthetic lethality in 53BP1-defective cells whilst the inhibition of DNA nucleases that promote end-resection reversed these effects, implicating these in the synthetic lethal mechanism-of-action. Taken together, these observations describe a drug class that elicits BRCA-gene synthetic lethality and PARP inhibitor synergy, as well as targeting a biomarker-defined mechanism of PARPi-resistance.

Hippuristanol is a marine derived steroidal natural product with promising anticancer activity. However, instability at low pH has precluded its development as an efficient therapy. We addressed this limitation by replacing one of the oxygen atoms of the spiroketal moiety with a carbon atom. Key steps in the synthesis include a Meyer-Schuster/Nazarov cascade, a hypoiodite mediated oxyfunctionalization, and the late-stage installation of a hydroxyl group on the C-ring of the steroid.

Abstract In recent years, helicases have moved to the forefront of research as novel drug targets for a variety of human diseases, including cancer. As critical components of the cell cycle and DNA repair, these enzymes offer an attractive point of therapeutic intervention. Recent bioinformatic endeavours such as the Cancer DepMap have further highlighted the essentiality of these proteins in the progression of numerous cancers. Inhibitors of Werner helicase (WRN) entered Phase I evaluation in 2023, after studies highlighted its role in tumours with microsatellite instability (MSI) and impaired mismatch repair (MMR). Building on these advances, helicases now represent a significant drug target class and are the subject of intense research. However, these targets present significant complexities in their prosecution. Hit finding and robust validation of these putative active compounds remains challenging, with high attrition rates and significant sensitivity to false positives. Resultant hits require thorough biological characterisation via both biochemical and biophysical methods, alongside determination of selectivity against other closely related family members, to increase confidence in their provenance before commencing a detailed drug discovery project. To exemplify these approaches, we have profiled three commercially available WRN inhibitors from two chemical series through a selection of biochemical and biophysical assays. The three compounds exhibit excellent selectivity against 6 distinct helicase/translocase targets. In Michaelis-Menten mechanism of Inhibition studies, we defined contrasting mechanisms of inhibition for the two series and were also able to identify time dependent inhibition with one compound series. Analysing binding interactions of the compounds against protein and protein:substrate complexes, via a fluorescent thermal shift assay (FTSA) and microscale thermophoresis (MST), enabled us to further understand and interrogate the mechanism of inhibition. Herein, we describe some of our experiences, learnings and best practices when prosecuting these compelling, but challenging, targets. Citation Format: Yael Mamane, Zoe Caple, Katie Chapman, Ian Henderson, Allan Jordan, Vanessa Lyne, Cynthia Okoye, Laurent Rigoreau, Ganesh Kadamur, Stuart Thomson, Chris Tomlinson, Jana Wolf. Unwinding the complexities of helicases as compelling drug targets in oncology [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: Expanding and Translating Cancer Synthetic Vulnerabilities; 2024 Jun 10-13; Montreal, Quebec, Canada. Philadelphia (PA): AACR; Mol Cancer Ther 2024;23(6 Suppl):Abstract nr A003.