The use of a high-affinity VHL ligand allows the development of chimeric molecules that promote the association of ERRα or RIPK2 with the VHL E3 ubiquitin ligase complex, resulting in protein degradation. The current predominant therapeutic paradigm is based on maximizing drug-receptor occupancy to achieve clinical benefit. This strategy, however, generally requires excessive drug concentrations to ensure sufficient occupancy, often leading to adverse side effects. Here, we describe major improvements to the proteolysis targeting chimeras (PROTACs) method, a chemical knockdown strategy in which a heterobifunctional molecule recruits a specific protein target to an E3 ubiquitin ligase, resulting in the target's ubiquitination and degradation. These compounds behave catalytically in their ability to induce the ubiquitination of super-stoichiometric quantities of proteins, providing efficacy that is not limited by equilibrium occupancy. We present two PROTACs that are capable of specifically reducing protein levels by >90% at nanomolar concentrations. In addition, mouse studies indicate that they provide broad tissue distribution and knockdown of the targeted protein in tumor xenografts. Together, these data demonstrate a protein knockdown system combining many of the favorable properties of small-molecule agents with the potent protein knockdown of RNAi and CRISPR.

Abstract

 We report the characterization of early pre-ribosomal particles. Twelve TAP-tagged components each showed nucleolar localization, sedimented at approximately 90S on sucrose gradients, and coprecipitated both the 35S pre-rRNA and the U3 snoRNA. Thirty-five non-ribosomal proteins were coprecipitated, including proteins associated with U3 (Nop56p, Nop58p, Sof1p, Rrp9, Dhr1p, Imp3p, Imp4p, and Mpp10p) and other factors required for 18S rRNA synthesis (Nop14p, Bms1p, and Krr1p). Mutations in components of the 90S pre-ribosomes impaired 40S subunit assembly and export. Strikingly, few components of recently characterized pre-60S ribosomes were identified in the 90S pre-ribosomes. We conclude that the 40S synthesis machinery predominately associates with the 35S pre-rRNA factors, whereas factors required for 60S subunit synthesis largely bind later, showing an unexpected dichotomy in binding.

Bromodomain inhibitors revisited Bromodomain and extraterminal domain (BET) proteins contribute to the pathogenesis of cancer and immune diseases through their effects on transcriptional regulation. BET proteins contain two nearly identical bromodomains, BD1 and BD2, structural modules that have attracted great interest as targets for drug development. First-generation drugs that inhibited both BD1 and BD2 showed promising therapeutic activity in preclinical models but proved to be less efficacious in clinical trials. Gilan et al. took a different approach and designed drugs that selectively inhibited BD1 or BD2 (see the Perspective by Filippakopoulos and Knapp). They found that BD1 and BD2 inhibitors altered gene expression in different ways and that BD2 inhibitors had greater therapeutic activity than BD1 inhibitors in preclinical models of inflammation and autoimmune disease. Science , this issue p. 387 ; see also p. 367

Glioblastoma (GB) remains the most aggressive primary brain malignancy. Adoptive transfer of chimeric antigen receptor (CAR)-modified immune cells has emerged as a promising anti-cancer approach, yet the potential utility of CAR-engineered natural killer (NK) cells to treat GB has not been explored. Tumors from approximately 50% of GB patients express wild-type EGFR (wtEGFR) and in fewer cases express both wtEGFR and the mutant form EGFRvIII; however, previously reported CAR T cell studies only focus on targeting EGFRvIII. Here we explore whether both wtEGFR and EGFRvIII can be effectively targeted by CAR-redirected NK cells to treat GB. We transduced human NK cell lines NK-92 and NKL, and primary NK cells with a lentiviral construct harboring a second generation CAR targeting both wtEGFR and EGFRvIII and evaluated the anti-GB efficacy of EGFR-CAR-modified NK cells. EGFR-CAR-engineered NK cells displayed enhanced cytolytic capability and IFN-γ production when co-cultured with GB cells or patient-derived GB stem cells in an EGFR-dependent manner. In two orthotopic GB xenograft mouse models, intracranial administration of NK-92-EGFR-CAR cells resulted in efficient suppression of tumor growth and significantly prolonged the tumor-bearing mice survival. These findings support intracranial administration of NK-92-EGFR-CAR cells represents a promising clinical strategy to treat GB.

Gene knockouts (KOs) are efficiently engineered through CRISPR-Cas9-induced frameshift mutations. While DNA editing efficiency is readily verified by DNA sequencing, a systematic understanding of the efficiency of protein elimination has been lacking. Here, we devised an experimental strategy combining RNA-seq and triple-stage mass spectrometry (SPS-MS3) to characterize 193 genetically verified deletions targeting 136 distinct genes generated by CRISPR-induced frameshifts in HAP1 cells. We observed residual protein expression for about one third of the quantified targets, at variable levels from low to original, and identified two causal mechanisms, translation reinitiation leading to N-terminally truncated target proteins, or skipping of the edited exon leading to protein isoforms with internal sequence deletions. Detailed analysis of three truncated targets, BRD4, DNMT1 and NGLY1, revealed partial preservation of protein function. Our results imply that systematic characterization of residual protein expression or function in CRISPR-Cas9 generated KO lines is necessary for phenotype interpretation.

Abstract The deregulation of complex diseases often spans multiple molecular processes. A multimodal functional characterization of these processes can shed light on the disease mechanisms and the effect of drugs. Thermal Proteome Profiling (TPP) is a mass-spectrometry based technique assessing changes in thermal protein stability that can serve as proxies of functional changes of the proteome. These unique insights of TPP can complement those obtained by other omics technologies. Here, we show how TPP can be integrated with phosphoproteomics and transcriptomics in a network-based approach using COSMOS, a framework for causal integration of multi-omics, to provide an integrated view of transcription factors, kinases and proteins with altered thermal stability. This allowed us to recover known mechanistic consequences of PARP inhibition in ovarian cancer cells on cell cycle and DNA damage response in detail and to uncover new insights into drug response mechanisms related to interferon and hippo signaling. We found that TPP complements the other omics data and allowed us to obtain a network model with higher coverage of the main underlying mechanisms. These results illustrate the added value of TPP, and more generally the power of network models to integrate the information provided by different omics technologies. We anticipate that this strategy can be used to broadly integrate functional proteomics with other omics to study complex molecular processes. Graphical abstract