Targeting FOXM1 condensates reduces breast tumour growth and metastasis

https://doi.org/10.1038/s41586-024-08421-w

 

Abstract

Identifying phase-separated structures remains challenging, and effective intervention methods are currently lacking1. Here we screened for phase-separated proteins in breast tumour cells and identified forkhead (FKH) box protein M1 (FOXM1) as the most prominent candidate. Oncogenic FOXM1 underwent liquid–liquid phase separation (LLPS) with FKH consensus DNA element, and compartmentalized the transcription apparatus in the nucleus, thereby sustaining chromatin accessibility and super-enhancer landscapes crucial for tumour metastatic outgrowth. Screening an epigenetics compound library identified AMPK agonists as suppressors of FOXM1 condensation. AMPK phosphorylated FOXM1 in the intrinsically disordered region (IDR), perturbing condensates, reducing oncogenic transcription, accumulating double-stranded DNA to stimulate innate immune responses, and endowing discrete FOXM1 with the ability to activate immunogenicity-related gene expressions. By developing a genetic code-expansion orthogonal system, we demonstrated that a phosphoryl moiety at a specific IDR1 site causes electrostatic repulsion, thereby abolishing FOXM1 LLPS and aggregation. A peptide targeting IDR1 and carrying the AMPK-phosphorylated residue was designed to disrupt FOXM1 LLPS and was shown to inhibit tumour malignancy, rescue tumour immunogenicity and improve tumour immunotherapy. Together, these findings provide novel and in-depth insights on function and mechanism of FOXM1 and develop methodologies that hold promising implications in clinics.

 

요약

1. FOXM1 응축체와 유방암 성장 및 전이: FOXM1(Forkhead Box Protein M1)은 유방암 세포에서 액-액 상분리(Liquid-Liquid Phase Separation, LLPS)를 통해 초강력 전사 활성화 및 염색질 접근성을 유지하는 것으로 밝혀졌습니다. FOXM1은 핵 내에서 전사 기구를 구성하여 암 전이에 중요한 초강력 증강자(super-enhancer) 조절 네트워크를 형성합니다.
2. AMPK 활성화제를 이용한 FOXM1 응축체 억제: 연구진은 후성유전체(epigenetics) 화합물 라이브러리를 스크리닝하여 AMPK 활성화제가 FOXM1 응축체를 억제한다는 사실을 발견하였습니다. AMPK는 FOXM1의 본질적으로 무질서한 영역(IDR1)을 특정 부위에서 인산화하여 응축체 형성을 방해하고, 전사 활성도를 감소시키며, 선천 면역 반응을 유도하는 역할을 합니다.
3. FOXM1 응축체 억제에 의한 종양 성장 감소 및 면역 활성화: FOXM1의 특정 부위를 인산화하면 전이성 암세포의 성장이 감소하고, 종양 면역원성이 증가하는 것으로 나타났습니다. FOXM1의 LLPS를 억제하면, 이 단백질의 전사 활성도가 낮아지고, 종양세포 내 이중가닥 DNA가 축적되며, 면역반응 관련 유전자 발현이 증가하는 결과를 보였습니다.
4. 인산화된 펩타이드를 이용한 FOXM1 응축체 억제: 연구진은 AMPK에 의해 인산화된 IDR1 부위를 포함하는 펩타이드(FIP4)를 설계하여 FOXM1 LLPS를 효과적으로 억제하였습니다. 이 펩타이드는 암세포에서 FOXM1 응축체 형성을 방해하여 암의 악성도를 낮추고, 면역 치료 효과를 향상시키는 것으로 확인되었습니다.
5. 임상 적용 가능성과 향후 연구 방향: 본 연구는 FOXM1을 표적으로 하는 새로운 암 치료 전략을 제시하며, FOXM1 응축체 억제가 기존 면역치료제의 효능을 높일 가능성이 있음을 보여줍니다. 향후 연구에서는 이러한 FOXM1 LLPS 조절 메커니즘을 활용하여 다양한 암 유형에서 적용 가능성을 평가할 필요가 있습니다.