Abstract The mitochondrial deubiquitylase USP30 negatively regulates the selective autophagy of damaged mitochondria. It has been proposed as an actionable target to alleviate the loss of function of the mitophagy pathway governed by the Parkinson’s Disease associated genes PINK1 and PRKN. We present the characterisation of a N-cyano pyrrolidine derived compound, FT3967385, with high selectivity for USP30. The compound is well tolerated with no loss of total mitochondrial mass. We demonstrate that ubiquitylation of TOM20, a component of the outer mitochondrial membrane import machinery that directly interacts with USP30, represents a robust biomarker for both USP30 loss and inhibition. We have conducted proteomics analyses on a SHSY5Y neuroblastoma cell line model to directly compare the effects of genetic loss of USP30 with selective inhibition in an unbiased fashion. We have thereby identified a subset of ubiquitylation events consequent to mitochondrial depolarisation that are USP30 sensitive. Within responsive elements of the ubiquitylome, several components of the outer mitochondrial membrane transport (TOM) complex are most prominent. Thus, our data support a model whereby USP30 can regulate the availability of ubiquitin at the specific site of mitochondrial PINK1 accumulation following membrane depolarisation. In this model, USP30 deubiquitylation of TOM complex components dampens the trigger for the Parkin-dependent amplification of mitochondrial ubiquitylation leading to mitophagy. Accordingly, PINK1 generation of phospho-Ser65 Ubiquitin proceeds more rapidly and to a greater extent in cells either lacking USP30 or subject to USP30 inhibition.

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.

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.

When a ribosome stalls during translation, it runs the risk of collision with a trailing ribosome. Such an encounter leads to the formation of a stable di-ribosome complex, which needs to be resolved by a dedicated machinery. The initial stalling and the subsequent resolution of di-ribosomal complexes requires activity of Makorin and ZNF598 ubiquitin E3 ligases respectively, through ubiquitylation of the eS10 and uS10 sub-units of the ribosome. It is common for the stability of RING E3 ligases to be regulated by an interacting deubiquitylase (DUB), which often opposes auto-ubiquitylation of the E3. Here, we show that the DUB USP9X directly interacts with ZNF598 and regulates its abundance through the control of protein stability in human cells. We have developed a highly specific small molecule inhibitor of USP9X. Proteomics analysis, following inhibitor treatment of HCT116 cells, confirms previous reports linking USP9X with centrosome associated protein stability and reveals loss of ZNF598 and Makorin 2. In the absence of USP9X or following chemical inhibition of its catalytic activity, steady state levels of Makorins and ZNF598 are diminished and the ribosomal quality control pathway is impaired.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.