The POU2F3-POU2AF2/3 transcription factor complex is the master regulator of the tuft cell lineage and tuft cell-like small cell lung cancer (SCLC). Here, we identify a specific dependence of the POU2F3 molecular subtype of SCLC (SCLC-P) on the activity of the mammalian switch/sucrose non-fermentable (mSWI/SNF) chromatin remodeling complex. Treatment of SCLC-P cells with a proteolysis targeting chimera (PROTAC) degrader of mSWI/SNF ATPases evicts POU2F3 and its coactivators from chromatin and attenuates downstream signaling. B cell malignancies which are dependent on the POU2F1/2 cofactor, POU2AF1, are also sensitive to mSWI/SNF ATPase degraders, with treatment leading to chromatin eviction of POU2AF1 and IRF4 and decreased IRF4 signaling in multiple myeloma cells. An orally bioavailable mSWI/SNF ATPase degrader significantly inhibits tumor growth in preclinical models of SCLC-P and multiple myeloma without signs of toxicity. This study suggests that POU2F-POU2AF-driven malignancies have an intrinsic dependence on the mSWI/SNF complex, representing a therapeutic vulnerability.

SUMMARY The POU2F3-POU2AF2/3 (OCA-T1/2) transcription factor complex is the master regulator of the tuft cell lineage and tuft cell-like small cell lung cancer (SCLC). Here, we found that the POU2F3 molecular subtype of SCLC (SCLC-P) exhibits an exquisite dependence on the activity of the mammalian switch/sucrose non-fermentable (mSWI/SNF) chromatin remodeling complex. SCLC-P cell lines were sensitive to nanomolar levels of a mSWI/SNF ATPase proteolysis targeting chimera (PROTAC) degrader when compared to other molecular subtypes of SCLC. POU2F3 and its cofactors were found to interact with components of the mSWI/SNF complex. The POU2F3 transcription factor complex was evicted from chromatin upon mSWI/SNF ATPase degradation, leading to attenuation of downstream oncogenic signaling in SCLC-P cells. A novel, orally bioavailable mSWI/SNF ATPase PROTAC degrader, AU-24118, demonstrated preferential efficacy in the SCLC-P relative to the SCLC-A subtype and significantly decreased tumor growth in preclinical models. AU-24118 did not alter normal tuft cell numbers in lung or colon, nor did it exhibit toxicity in mice. B cell malignancies which displayed a dependency on the POU2F1/2 cofactor, POU2AF1 (OCA-B), were also remarkably sensitive to mSWI/SNF ATPase degradation. Mechanistically, mSWI/SNF ATPase degrader treatment in multiple myeloma cells compacted chromatin, dislodged POU2AF1 and IRF4, and decreased IRF4 signaling. In a POU2AF1-dependent, disseminated murine model of multiple myeloma, AU-24118 enhanced survival compared to pomalidomide, an approved treatment for multiple myeloma. Taken together, our studies suggest that POU2F-POU2AF-driven malignancies have an intrinsic dependence on the mSWI/SNF complex, representing a therapeutic vulnerability.

Prostate cancer is an exemplar of an enhancer-binding transcription factor-driven disease. The androgen receptor (AR) enhanceosome complex comprised of chromatin and epigenetic coregulators assembles at enhancer elements to drive disease progression. The paralog lysine acetyltransferases p300 and CBP deposit histone marks that are associated with enhancer activation. Here, we demonstrate that p300/CBP are determinant cofactors of the active AR enhanceosome in prostate cancer. Histone H2B N-terminus multisite lysine acetylation (H2BNTac), which is exclusively reliant on p300/CBP catalytic function, marked active enhancers and was notably elevated in prostate cancer lesions relative to the adjacent benign epithelia. Degradation of p300/CBP rapidly depleted acetylation marks associated with the active AR enhanceosome, which was only partially phenocopied by inhibition of their reader bromodomains. Notably, H2BNTac was effectively abrogated only upon p300/CBP degradation, which led to a stronger suppression of p300/CBP-dependent oncogenic gene programs relative to bromodomain inhibition or the inhibition of its catalytic domain.

Mammalian switch/sucrose non-fermentable (mSWI/SNF) ATPase degraders have been shown to be effective in enhancer-driven cancers by functioning to impede oncogenic transcription factor chromatin accessibility. Here, we developed AU-24118, a first-in-class, orally bioavailable proteolysis targeting chimera (PROTAC) degrader of mSWI/SNF ATPases (SMARCA2 and SMARCA4) and PBRM1. AU-24118 demonstrated tumor regression in a model of castration-resistant prostate cancer (CRPC) which was further enhanced with combination enzalutamide treatment, a standard of care androgen receptor (AR) antagonist used in CRPC patients. Importantly, AU-24118 exhibited favorable pharmacokinetic profiles in preclinical analyses in mice and rats, and further toxicity testing in mice showed a favorable safety profile. As acquired resistance is common with targeted cancer therapeutics, experiments were designed to explore potential mechanisms of resistance that may arise with long-term mSWI/SNF ATPase PROTAC treatment. Prostate cancer cell lines exposed to long-term treatment with high doses of a mSWI/SNF ATPase degrader developed SMARCA4 bromodomain mutations and ABCB1 overexpression as acquired mechanisms of resistance. Intriguingly, while SMARCA4 mutations provided specific resistance to mSWI/SNF degraders, ABCB1 overexpression provided broader resistance to other potent PROTAC degraders targeting bromodomain-containing protein 4 (BRD4) and AR. The ABCB1 inhibitor, zosuquidar, reversed resistance to all three PROTAC degraders tested. Combined, these findings position mSWI/SNF degraders for clinical translation for patients with enhancer-driven cancers and define strategies to overcome resistance mechanisms that may arise.

Abstract There is tremendous need for improved prostate cancer models. Anatomically and developmentally, the mouse prostate differs from the human prostate and does not form tumors spontaneously. Genetically engineered mouse models lack the heterogeneity of human cancer and rarely establish metastatic growth. Human xenografts are an alternative but must rely on an immunocompromised host. Therefore, we generated prostate cancer murine xenograft models with an intact human immune system (huNOG and huNOG-EXL mice) to test whether humanizing tumor-immune interactions would improve modeling of metastatic prostate cancer and the impact of androgen receptor-targeted and immunotherapies. These mice maintain multiple human immune cell lineages, including functional human T-cells and myeloid cells. Implications: To the best of our knowledge, results illustrate the first model of human prostate cancer that has an intact human immune system, metastasizes to clinically relevant locations, responds appropriately to standard-of-care hormonal therapies, and can model both an immunosuppressive and checkpoint-inhibition responsive immune microenvironment.

Abstract Androgen receptor (AR) is a ligand-responsive transcription factor that drives terminal differentiation of the prostatic luminal epithelia. By contrast, in tumors originating from these cells, AR chromatin occupancy is extensively reprogrammed to activate malignant phenotypes, the molecular mechanisms of which remain unknown. Here, we show that tumor-specific AR enhancers are critically reliant on H3K36 dimethyltransferase activity of NSD2. NSD2 expression is abnormally induced in prostate cancer, where its inactivation impairs AR transactivation potential by disrupting over 65% of its cistrome. NSD2-dependent AR sites distinctively harbor the chimeric FOXA1:AR half-motif, which exclusively comprise tumor-specific AR enhancer circuitries defined from patient specimens. NSD2 inactivation also engenders increased dependency on the NSD1 paralog, and a dual NSD1/2 PROTAC degrader is preferentially cytotoxic in AR-dependent prostate cancer models. Altogether, we characterize NSD2 as an essential AR neo-enhanceosome subunit that enables its oncogenic activity, and position NSD1/2 as viable co-targets in advanced prostate cancer.