Synthesis and biophysical evaluation of novel inhibitors of the E3 ubiquitin-protein ligase WWP2

Phosphatase and Tensin Homolog (PTEN) is a critical tumor suppressor gene that plays an essential role in maintaining cellular homeostasis by regulating cell growth, division, and survival. PTEN primarily functions by negatively regulating the PI3K/AKT/mTOR signaling pathway, a key driver of cell proliferation2. Thus, the loss of PTEN function, whether through mutations, deletions, or post-translational modifications, disrupts normal cellular processes and contributes to the onset of various cancers, including prostate, breast, colorectal, and lung cancers. PTEN mutations are, therefore, among the most frequently observed genetic alterations across multiple cancer types. In prostate cancer—the most common cancer and a leading cause of death among men—PTEN deregulation is particularly significant. The goal of this Theses Project is to develop innovative treatments that restore PTEN protein levels, providing new solutions for patients affected by these conditions. Our approach focuses on inhibiting WWP2, an E3 ubiquitin ligase responsible for PTEN degradation, to prevent its degradation and reinstate its tumor-suppressing functions. The experimental activity I pursued consisted of two main phases: 1) the organic synthesis (in the laboratories of Prof. Mattarei at the University of Padova) of a series of compounds derived from a hit compound that showed effective affinity toward WWP2, and 2) the production and characterization of the molecular target WWP2 (in the laboratories of Dr. Andrea Cavalli at the Institute of Research in Biomedicine in Bellinzona), which will be crucial for biophysical characterization of the synthesized compounds.

Phosphatase and Tensin Homolog (PTEN) è un gene soppressore dei tumori che svolge un ruolo essenziale nel mantenimento dell'omeostasi cellulare, regolando la crescita, la divisione e la sopravvivenza delle cellule. PTEN funziona principalmente regolando negativamente la via di segnalazione PI3K/AKT/mTOR, un fattore chiave della proliferazione cellulare. Pertanto, la perdita della funzione di PTEN, sia attraverso mutazioni, delezioni o modifiche post-traduzionali, interrompe i normali processi cellulari e contribuisce all'insorgenza di vari tipi di cancro, tra cui quelli alla prostata, al seno, al colon-retto e ai polmoni. Le mutazioni di PTEN sono quindi tra le alterazioni genetiche più frequentemente osservate in diversi tipi di cancro. Nel cancro alla prostata, il tumore più comune e tra le principali cause di morte tra gli uomini, la deregolazione di PTEN è particolarmente importante. L'obiettivo di questo progetto di tesi è sviluppare trattamenti innovativi che ripristinino i livelli della proteina PTEN, fornendo nuove soluzioni ai pazienti affetti da queste patologie. Il nostro approccio si concentra sull'inibizione di WWP2, una E3 ubiquitina ligasi responsabile della degradazione di PTEN, per prevenire la sua degradazione e ripristinare le sue funzioni di soppressione dei tumori. L’attività sperimentale che ho seguito si è sviluppata in due fasi principali: 1) la sintesi organica (nei laboratori del Prof. Mattarei all’Università Padova) di una serie di composti derivati di un hit compound che ha dimostrato effettiva affinità nei confronti di WWP2, e 2) la produzione e caratterizzazione del bersaglio molecolare WWP2 (nei laboratori del Dr. Andrea Cavalli all’Institute of Research in Biomedicine di Bellinzona), che sarà cruciale per la caratterizzazione biofisica dei composti sintetizzati.