Exosomes can transfer proteins and nucleic acids from one cell to another, altering the phenotype of the recipient cell. In the case of cancer, tumor-derived exosomes have been shown to promote tumor cell proliferation. Now, in a mouse model of melanoma, Peinado et al. report that exosomes derived from highly metastatic tumor cells can influence bone marrow cells, resulting in increased recruitment of provasculogenic bone marrow progenitors to sites of metastasis, increased primary tumor growth and metastatic spread. Tumor-derived exosomes are emerging mediators of tumorigenesis. We explored the function of melanoma-derived exosomes in the formation of primary tumors and metastases in mice and human subjects. Exosomes from highly metastatic melanomas increased the metastatic behavior of primary tumors by permanently 'educating' bone marrow progenitors through the receptor tyrosine kinase MET. Melanoma-derived exosomes also induced vascular leakiness at pre-metastatic sites and reprogrammed bone marrow progenitors toward a pro-vasculogenic phenotype that was positive for c-Kit, the receptor tyrosine kinase Tie2 and Met. Reducing Met expression in exosomes diminished the pro-metastatic behavior of bone marrow cells. Notably, MET expression was elevated in circulating CD45−C-KITlow/+TIE2+ bone marrow progenitors from individuals with metastatic melanoma. RAB1A, RAB5B, RAB7 and RAB27A, regulators of membrane trafficking and exosome formation, were highly expressed in melanoma cells. Rab27A RNA interference decreased exosome production, preventing bone marrow education and reducing, tumor growth and metastasis. In addition, we identified an exosome-specific melanoma signature with prognostic and therapeutic potential comprised of TYRP2, VLA-4, HSP70, an HSP90 isoform and the MET oncoprotein. Our data show that exosome production, transfer and education of bone marrow cells supports tumor growth and metastasis, has prognostic value and offers promise for new therapeutic directions in the metastatic process.

There is an unmet clinical need for improved tissue and liquid biopsy tools for cancer detection. We investigated the proteomic profile of extracellular vesicles and particles (EVPs) in 426 human samples from tissue explants (TEs), plasma, and other bodily fluids. Among traditional exosome markers, CD9, HSPA8, ALIX, and HSP90AB1 represent pan-EVP markers, while ACTB, MSN, and RAP1B are novel pan-EVP markers. To confirm that EVPs are ideal diagnostic tools, we analyzed proteomes of TE- (n = 151) and plasma-derived (n = 120) EVPs. Comparison of TE EVPs identified proteins (e.g., VCAN, TNC, and THBS2) that distinguish tumors from normal tissues with 90% sensitivity/94% specificity. Machine-learning classification of plasma-derived EVP cargo, including immunoglobulins, revealed 95% sensitivity/90% specificity in detecting cancer. Finally, we defined a panel of tumor-type-specific EVP proteins in TEs and plasma, which can classify tumors of unknown primary origin. Thus, EVP proteins can serve as reliable biomarkers for cancer detection and determining cancer type.

It is unclear how cancer cells coordinate glycolysis and biosynthesis to support rapidly growing tumors. We found that the glycolytic enzyme phosphoglycerate mutase 1 (PGAM1), commonly upregulated in human cancers due to loss of TP53, contributes to biosynthesis regulation in part by controlling intracellular levels of its substrate, 3-phosphoglycerate (3-PG), and product, 2-phosphoglycerate (2-PG). 3-PG binds to and inhibits 6-phosphogluconate dehydrogenase in the oxidative pentose phosphate pathway (PPP), while 2-PG activates 3-phosphoglycerate dehydrogenase to provide feedback control of 3-PG levels. Inhibition of PGAM1 by shRNA or a small molecule inhibitor PGMI-004A results in increased 3-PG and decreased 2-PG levels in cancer cells, leading to significantly decreased glycolysis, PPP flux and biosynthesis, as well as attenuated cell proliferation and tumor growth.

Mitochondrial pyruvate dehydrogenase complex (PDC) is crucial for glucose homeostasis in mammalian cells. The current understanding of PDC regulation involves inhibitory serine phosphorylation of pyruvate dehydrogenase (PDH) by PDH kinase (PDK), whereas dephosphorylation of PDH by PDH phosphatase (PDP) activates PDC. Here, we report that lysine acetylation of PDHA1 and PDP1 is common in epidermal growth factor (EGF)-stimulated cells and diverse human cancer cells. K321 acetylation inhibits PDHA1 by recruiting PDK1, and K202 acetylation inhibits PDP1 by dissociating its substrate PDHA1, both of which are important in promoting glycolysis in cancer cells and consequent tumor growth. Moreover, we identified mitochondrial ACAT1 and SIRT3 as the upstream acetyltransferase and deacetylase, respectively, of PDHA1 and PDP1, while knockdown of ACAT1 attenuates tumor growth. Furthermore, Y381 phosphorylation of PDP1 dissociates SIRT3 and recruits ACAT1 to PDC. Together, hierarchical, distinct posttranslational modifications act in concert to control molecular composition of PDC and contribute to the Warburg effect.

11555 Background: Shasqi is a clinical stage biotech that uses click chemistry, a Nobel Prize winning technology, to selectively activate cancer treatments at the tumor. The Click Activated Protodrugs Against Cancer (CAPAC) platform comprises of 1) tumor targeting agents, which carry an activator, and 2) attenuated cancer drugs, which are selectively activated at the tumor by the targeting agent through click chemistry, maximizing therapeutic index and minimizing toxicities. We have demonstrated clinical proof of concept with SQ3370, which uses an intratumorally injected SQL70 biopolymer (bp) with a doxorubicin (Dox) protodrug (SQP33) injected systemically. As previously reported RP2D of SQP33=12x Dox. (NCT04106492). Methods: Dox naïve patients (pts) received 10/20 mL bp and protodrug IV QD x 3 or 5. Key eligibility: locally advanced or metastatic soft tissue sarcomas (STS). The objective was to explore bp dose and schedule of the RDP2 (same dose per cycle) in advanced or metastatic STS. Results: Fourteen patients with predominantly metastatic (11/14) STS, all unresectable, were enrolled at the 1st interim analysis. Median age 58 years (32-89), ECOG=1 (11/14). Therapy was well tolerated. The most common TEAE was nausea and fatigue (all grade ≤ 2), with 1 subject in each group having a manageable grade ≤ 3 TEAE-related discontinuations. The majority of subjects did not suffer clinical myelosuppression grade ≤ 1 neutropenia (10/14), anemia (13/14), or thrombocytopenia (13/14), with DCR 71% (CI 95% 44-92%) and ORR 14.3% (CI 95%1.7-40%). Detailed PK, immune assessment and safety findings will be presented. Conclusions: SQ3370 is the first clinical click chemistry-based cancer therapy, and this is the 1st clinical trial to explore doses greater than 3x Dox in STS patients. The results show that the bp activates protodrug, which is not a vesicant, and releases Dox in patients. Click chemistry favorably alters PK and safety of the Dox payload. At 12x Dox, using the commonly administered 3-week schedule, Dox was very well tolerated. Click-chemistry maintains expected clinical activity, and preliminary data suggest enhanced safety (reduced myelosuppression) as well as unlocking immunological effects (intratumoral and systemic), without the myelosuppressive effects typically seen with Dox. Clinical trial information: NCT04106492 . [Table: see text]

Abstract Background SQ3370 is the first demonstration of the Click Activated Protodrugs Against Cancer (CAPAC™) platform that uses click chemistry to activate drugs directly at tumor sites, maximizing therapeutic exposure. SQ3370 consists of a tumor-localizing biopolymer (SQL70) and a chemically-attenuated doxorubicin (Dox) protodrug SQP33; the protodrug is activated upon clicking with the biopolymer at tumor sites. Here, we present data from preclinical studies and a Phase 1 dose-escalation clinical trial in adult patients with advanced solid tumors ( NCT04106492 ) demonstrating SQ3370’s activation at tumor sites, safety, systemic pharmacokinetics (PK), and immunological activity. Methods Treatment cycles consisting of an intratumoral or subcutaneous injection of SQL70 biopolymer followed by 5 daily intravenous doses of SQP33 protodrug were evaluated in tumor-bearing mice, healthy dogs, and adult patients with solid tumors. Results SQL70 effectively activated SQP33 at tumor sites, resulting in high Dox concentrations that were well tolerated and unachievable by conventional treatment. SQ3370 was safely administered at 8.9x the veterinary Dox dose in dogs and 12x the conventional Dox dose in patients, with no dose-limiting toxicity reported to date. SQ3370’s safety, toxicology, and PK profiles were highly translatable across species. SQ3370 increased cytotoxic CD3 + and CD8 + T-cells in patient tumors indicating T-cell-dependent immune activation in the tumor microenvironment. Conclusions SQ3370, the initial demonstration of click chemistry in humans, enhances the safety of Dox at unprecedented doses and has the potential to increase therapeutic index. Consistent safety, toxicology, PK, and immune activation results observed with SQ3370 across species highlight the translatability of the click chemistry approach in drug development. Trial registration NCT04106492; 7 September 2019

The Click Activated Protodrugs Against Cancer (CAPACTM) platform enables activation of powerful cancer drugs at tumor sites, maximizing efficacy and minimizing systemic toxicity. CAPAC utilizes a potent click chemistry reaction between tetrazine and trans-cyclooctene, called tetrazine ligation. The reaction between the activator, linked to a tumor targeting agent, and the protodrug leads to targeted activation of the drug. In this study, activation is accomplished either by intratumoral injection of a tetrazine-modified hyaluronic acid biopolymer (SQL70) or by systemic infusion of a tetrazine-modified HER2-targeting antigen-binding fragment (SQT01). The drug used is monomethyl auristatin E (MMAE), a cytotoxic agent hindered in its clinical use by severe toxicity. MMAE modification with a trans-cyclooctene moiety to form the protodrug SQP22 reduced its cytotoxicity in vitro and in vivo. Treatment of SQP22 paired with SQL70 biopolymer demonstrated anti- tumor effects in Karpas 299 and RENCA murine tumor models, establishing the requirement of click chemistry for protodrug activation. Furthermore, SQP22 paired with SQT01 induced anti-tumor effects in the HER2-positive NCI-N87 murine tumor model, showing that activation could be accomplished by systemic dosing of a tumor-targeting antibody conjugate. Observed toxicities were limited to modest, transient myelosuppression and moderate body weight loss in these tumor models. This study further delineates the capabilities of the CAPAC platform by demonstrating anti-tumor activity of SQP22 with two differentiated targeting approaches and underscores the power of click chemistry to precisely control the activation of cancer drugs at tumor sites.