We describe a protein proximity inducing therapeutic modality called Regulated Induced Proximity Targeting Chimeras or RIPTACs: heterobifunctional small molecules that elicit a stable ternary complex between a target protein (TP) selectively expressed in tumor cells and a pan-expressed protein essential for cell survival. The resulting co-operative protein-protein interaction (PPI) abrogates the function of the essential protein, thus leading to death selectively in cells expressing the TP. This approach leverages differentially expressed intracellular proteins as novel cancer targets, with the advantage of not requiring the target to be a disease driver. In this chemical biology study, we design RIPTACs that incorporate a ligand against a model TP connected via a linker to effector ligands such as JQ1 (BRD4) or BI2536 (PLK1) or CDK inhibitors such as TMX3013 or dinaciclib. RIPTACs accumulate selectively in cells expressing the HaloTag-FKBP target, form co-operative intracellular ternary complexes, and induce an anti-proliferative response in target-expressing cells.

Glioblastoma (GB) is a fatal disease in which most targeted therapies have clinically failed. However, pharmacological reactivation of tumor suppressors has not been thoroughly studied as yet as a GB therapeutic strategy. Tumor suppressor Protein Phosphatase 2A (PP2A), is inhibited by non-genetic mechanisms in GB, and thus it would be potentially amendable for therapeutic reactivation. Here we demonstrate, that small molecule activators of PP2A (SMAPs), NZ-8-061 and DBK-1154, effectively cross the in vitro model of blood-brain barrier (BBB), and in vivo partition to mouse brain tissue after oral dosing. In vitro , SMAPs exhibit robust cell killing activity against five established GB cell lines, and nine patient-derived primary glioma cell lines. Collectively these cell lines have heterogenous genetic background, kinase inhibitor resistance profile, and stemness properties; and they represent different clinical GB subtypes. Oral dosing of either of the SMAPs significantly reduced growth of infiltrative intracranial GB tumors. DBK-1154, with both higher degree of brain/blood distribution, and more potent in vitro activity against all tested GB cell lines, also significantly increased survival of mice bearing orthotopic GB xenografts. In summary, this report presents a proof-of-principle data for BBB-permeable tumor suppressor reactivation therapy for glioblastoma cells of heterogenous molecular background.

Abstract While specific cell signaling pathway inhibitors have yielded great success in oncology, directly triggering cancer cell death is one of the great drug discovery challenges facing biomedical research in the era of precision oncology. Attempts to eradicate cancer cells expressing unique target proteins, such as antibody-drug conjugates (ADCs), T-cell engaging therapies, and radiopharmaceuticals have been successful in the clinic, but they are limited by the number of targets given the inability to target intracellular proteins. More recently, heterobifunctional small molecules such as Proteolysis Targeting Chimera (PROTACs) have paved the way for protein proximity inducing therapeutic modalities. Here, we describe a proof-of-concept study using novel heterobifunctional small molecules called R egulated I nduced P roximity Ta rgeting C himeras or RIPTACs, which elicit a stable ternary complex between a target protein selectively expressed in cancer tissue and a pan-expressed protein essential for cell survival. The resulting cooperative protein:protein interaction (PPI) abrogates the function of the essential protein, thus leading to cell death selectively in cells expressing the target protein. This approach not only opens new target space by leveraging differentially expressed intracellular proteins but also has the advantage of not requiring the target to be a driver of disease. Thus, RIPTACs can address non-target mechanisms of resistance given that cell killing is driven by inactivation of the essential protein. Using the HaloTag7-FKBP model system as a target protein, we describe RIPTACs that incorporate a covalent or non-covalent target ligand connected via a linker to effector ligands such as JQ1 (BRD4), BI2536 (PLK1), or multi-CDK inhibitors such as TMX3013 or dinaciclib. We show that these RIPTACs exhibit positive co-operativity, accumulate selectively in cells expressing HaloTag7-FKBP, form stable target:RIPTAC:effector trimers in cells, and induce an anti-proliferative response in target-expressing cells. We propose that RIPTACs are a novel heterobifunctional therapeutic modality to treat cancers that are known to selectively express a specific intracellular protein.