Induction of cyclin-dependent kinase inhibitor p21(Waf1/Cip1/Sdi1) triggers cell growth arrest associated with senescence and damage response. Overexpression of p21 from an inducible promoter in a human cell line induces growth arrest and phenotypic features of senescence. cDNA array hybridization showed that p21 expression selectively inhibits a set of genes involved in mitosis, DNA replication, segregation, and repair. The kinetics of inhibition of these genes on p21 induction parallels the onset of growth arrest, and their reexpression on release from p21 precedes the reentry of cells into cell cycle, indicating that inhibition of cell-cycle progression genes is a mechanism of p21-induced growth arrest. p21 also up-regulates multiple genes that have been associated with senescence or implicated in age-related diseases, including atherosclerosis, Alzheimer's disease, amyloidosis, and arthritis. Most of the tested p21-induced genes were not activated in cells that had been growth arrested by serum starvation, but some genes were induced in both forms of growth arrest. Several p21-induced genes encode secreted proteins with paracrine effects on cell growth and apoptosis. In agreement with the overexpression of such proteins, conditioned media from p21-induced cells were found to have antiapoptotic and mitogenic activity. These results suggest that the effects of p21 induction on gene expression in senescent cells may contribute to the pathogenesis of cancer and age-related diseases.

To transport or not to transport Therapeutic drug delivery into cells is complicated by membrane proteins like ABCB1 (also termed P-glycoprotein) that shuttle diverse compounds out of cells. Alam et al. determined high-resolution cryo–electron microscopy structures of ABCB1 bound either to a substrate, the cancer drug Taxol, or to the ABCB1 inhibitor zosuquidar. The conformational changes that facilitate drug transport are caused by hydrolysis of adenosine triphosphate (ATP). The structures show that, although Taxol and zosquidar bind to the same site, subtle structural differences lead to altered conformations of the nucleotide binding domains that are responsible for ATP hydrolysis. Science , this issue p. 753

Abstract HIV-1 Associated Neurocognitive Disorder (HAND) is commonly seen in HIV-infected patients. Viral proteins including Tat cause neuronal toxicity and is worsened by drugs of abuse. To uncover potential targets for anti-HAND therapy, we employed a literature mining system, MOLIERE. Here, we validated Dead Box RNA Helicase 3 (DDX3) as a target to treat HAND via a selective DDX3 inhibitor, RK-33. The combined neurotoxicity of Tat protein and cocaine was blocked by RK-33 in rat and mouse cortical cultures. Transcriptome analysis showed that Tat-activated transcripts include makers and regulators of microglial activation, and RK-33 blocked Tat-induced activation of these mRNAs. Elevated production of proinflammatory cytokines was also inhibited by RK-33. These findings show that DDX3 contributes to microglial activation triggered by Tat and cocaine, and DDX3 inhibition shows promise as a therapy for HAND. Moreover, DDX3 may contribute to the pathology of other neurodegenerative diseases with pathological activation of microglia.

Tumor-associated macrophages exhibit high heterogeneity and contribute to the establishment of an immunosuppressive tumor microenvironment (TME). Although numerous studies have demonstrated that extracellular factors promote macrophage proliferation and polarization, the regulatory mechanisms governing the differentiation process to generate phenotypically, and functionally diverse macrophage subpopulations remain largely unexplored. In this study, we examined the influence of interleukin 1α (IL-1α) on the development of an immunosuppressive TME using orthotopic transplantation murine models of breast cancer. Deletion of host Il1α led to the rejection of inoculated congenic tumors. Single-cell sequencing analysis revealed that CX3CR1+ macrophage cells were the primary sources of IL-1α in the TME. The absence of IL-1α reprogrammed the monocyte-to-macrophage differentiation process within the TME, characterized by a notable decrease in the subset of CX3CR+ ductal-like macrophages and an increase in iNOS-expressing inflammatory cells. Comparative analysis of gene signatures in both human and mouse macrophage subsets suggested that IL-1α deficiency shifted the macrophage polarization from M2 to M1 phenotypes, leading to enhanced cytotoxic T lymphocyte activity in the TME. Importantly, elevated levels of IL-1α in human cancers were associated with worse prognosis following immunotherapy. These findings underscore the pivotal role of IL-1α in shaping an immune-suppressive TME through the regulation of macrophage differentiation and activity, highlighting IL-1α as a potential target for breast cancer treatment.

HIV-associated neurological disorder (HAND) is a serious complication of HIV infection, marked by neurotoxicity induced by viral proteins like Tat. Substance abuse exacerbates neurocognitive impairment in people living with HIV. There is an urgent need for effective therapeutic strategies to combat HAND comorbid with Cocaine Use Disorder (CUD). Our analysis of the HIV and cocaine-induced transcriptomes in primary cortical cultures revealed a significant overexpression of the macrophage-specific gene, aconitate decarboxylase 1 (Acod1), caused by the combined insults of HIV and cocaine. ACOD1 protein converts the tricarboxylic acid intermediate cis-aconitate into itaconate during the activation of inflammation. The itaconate produced facilitates cytokine production and subsequently activates anti-inflammatory transcription factors, shielding macrophages from infection-induced cell death. While the role of itaconate in limiting inflammation has been studied in peripheral macrophages, its immunometabolic function remains unexplored in HIV and cocaine-exposed microglia. We assessed in this model system the potential of 4-octyl-itaconate (4OI), a cell-penetrable esterified form of itaconate known for its potent anti-inflammatory properties and potential therapeutic applications. We administered 4OI to primary cortical cultures exposed to Tat and cocaine. 4OI treatment increased the number of microglial cells in both untreated and Tat +/- Cocaine-treated cultures and also reversed the morphological altercations induced by Tat and cocaine. In the presence of 4OI, microglial cells also appeared more ramified, resembling the quiescent microglia. Consistent with these results, 4OI treatment inhibited the secretion of the proinflammatory cytokines IL-1α, IL-1β, IL-6, and MIP1-α induced by Tat and cocaine. Transcriptome profiling further determined that Nrf2 target genes such as NAD(P)H quinone oxidoreductase 1 (Nqo1), Glutathione S‑transferase Pi (Gstp1), and glutamate cysteine ligase catalytic (Gclc), were most significantly activated in Tat-4OI treated cultures, relative to Tat alone. Further, genes associated with cytoskeleton dynamics in inflammatory microglia were downregulated by 4OI treatment. Together, the results strongly suggest 4-octyl-itaconate holds promise as a potential candidate for therapeutic development aimed at addressing HAND coupled with CUD comorbidities.

Anoikis resistance or evasion of cell death triggered by cell detachment into suspension is a hallmark of cancer that is concurrent with cell survival and metastasis. The effects of frequent matrix detachment encounters on the development of anoikis resistance in cancer remains poorly defined. Here we show using a panel of ovarian cancer models cells, that repeated exposure to suspension stress in vitro followed by attached recovery growth leads to the development of anoikis resistance paralleling in vivo development of anoikis resistance in ovarian cancer ascites. This resistance is concurrent with enhanced invasion, chemoresistance and the ability of anoikis adapted cells to metastasize to distant sites. Adapted anoikis resistant cells show a heightened dependency on oxidative phosphorylation and can also evade immune surveillance. We find that such acquired anoikis resistance is not genetic, as acquired resistance persists for a finite duration in the absence of suspension stress. Transcriptional reprogramming is however essential to this process, as acquisition of adaptive anoikis resistance in vitro and in vivo is exquisitely sensitive to inhibition of CDK8/19 Mediator kinase, a pleiotropic regulator of transcriptional reprogramming. Our data demonstrate that growth after recovery from repeated exposure to suspension stress is a direct contributor to metastasis and that inhibition of CDK8/19 Mediator kinase during such adaptation provides a therapeutic opportunity to prevent both local and distant metastasis in cancer.

Abstract HIV-associated neurological disorder (HAND) is a serious complication of HIV infection marked by neurotoxicity induced by viral proteins like Tat. Substance abuse exacerbates neurocognitive impairment in people living with HIV. There is an urgent need for therapeutic strategies to combat HAND comorbid with Cocaine Use Disorder (CUD). Our analysis of HIV and cocaine-induced transcriptomes in primary cortical cultures revealed significant overexpression of the macrophage-specific gene aconitate decarboxylase 1 (Acod1). The ACOD1 protein converts the tricarboxylic acid intermediate cis-aconitate into itaconate during the activation of inflammation. Itaconate then facilitates cytokine production and activates anti-inflammatory transcription factors, shielding macrophages from infection-induced cell death. However, the immunometabolic function of itaconate was unexplored in HIV and cocaine-exposed microglia. We assessed the potential of 4-octyl-itaconate (4OI), a cell-penetrable ester form of itaconate known for its anti-inflammatory properties. When primary cortical cultures exposed to Tat and cocaine were treated with 4OI, microglial cell number increased and the morphological altercations induced by Tat and cocaine were reversed. Microglial cells also appeared more ramified, resembling the quiescent microglia. 4OI treatment inhibited secretion of the proinflammatory cytokines IL-1α, IL-1β, IL-6, and MIP1-α induced by Tat and cocaine. Transcriptome profiling determined that Nrf2 target genes were significantly activated in Tat and 4OI treated cultures relative to Tat alone. Further, genes associated with cytoskeleton dynamics in inflammatory microglia were downregulated by 4OI treatment. Together, the results strongly suggest 4-octyl-itaconate holds promise as a potential candidate for therapeutic development to treat HAND coupled with CUD comorbidities. Graphical Abstract Model of 4OI-mediated neuroprotection against Tat-Cocaine toxicity. Tat and Tat-Cocaine treatment induce neuronal damage, which is mitigated by 4OI through microglia cells. This cartoon shows the reduction of harmful effects such as pro-inflammatory cytokine release, upregulation of P2R, PDE, and Acod1 by the presence of 4OI. This ester modified itaconate triggers anti-inflammatory responses and activates antioxidant pathways

Abstract Castration-resistant prostate cancer (CRPC) remains incurable due to its high plasticity. We found that Mediator kinases CDK8 and CDK19, pleiotropic regulators of transcriptional reprogramming, are differentially affected by androgen, which downregulates CDK8 and upregulates CDK19. Accordingly, expression of CDK8 decreases while CDK19 increases during prostate carcinogenesis, but both CDK19 and CDK8 are upregulated in metastatic CRPC. Genetic inactivation of CDK8 and CDK19 suppresses CRPC tumor growth in castrated male mice and renders CRPC responsive to androgen deprivation. Restoration of active CDK19 or CDK8 kinases reverses this phenotype, indicating that CRPC becomes dependent on Mediator kinase activity for in vivo growth under the conditions of androgen deprivation. Selective CDK8/19 inhibitors suppress androgen-independent growth of cell line-based and patient-derived CRPC xenografts, whereas prolonged inhibitor treatment induces tumor regression and even leads to cures. Mediator kinase activity was found to affect tumor and stromal gene expression preferentially in castrated mice, orchestrating castration-induced transcriptional reprogramming. These results warrant the exploration of Mediator kinase inhibitors for CRPC therapy.

Imatinib and other selective inhibitors of BCR-ABL are the mainstay of chronic myelogenous leukemia (CML) treatment, but resistance to these drugs limits their efficacy. Known resistance mechanisms include ABL mutations, activation of compensatory signaling pathways, and the induction of quiescence that protects CML cells from apoptosis. CDK8/19 Mediator kinases that regulate transcriptional reprogramming have been implicated in the development of resistance to different drugs. We have investigated the effects of CDK8/19 inhibition on CML response to BCR-ABL inhibitors. Selective CDK8/19 inhibitors Senexin B and SNX631 strongly increased the induction of apoptosis in K562 cells treated with imatinib or other BCR-ABL inhibitors. Imatinib induced G1 arrest along with upregulation of p27Kip1, but these effects were suppressed by CDK8/19 inhibition. Senexin B also prevented the induction of G1 arrest and protection from imatinib-induced apoptosis of K562 cells by inducible p27Kip1 expression, suggesting that CDK8/19 activity potentiates both the transcription and function of p27Kip1. In contrast, CDK8/18 inhibition did not have the same effect in KU812 CML cells that do not undergo G1 arrest and are hypersensitive to imatinib. Our results suggest that inhibition of CDK8/19 may be used as a new strategy to prevent quiescence-mediated resistance to BCR-ABL inhibitors.