Abstract Abstract Figure Proteolysis-targeting chimeras (PROTACs) are heterobifunctional molecules that have emerged as a therapeutic modality to induce targeted protein degradation (TPD) by harnessing cellular proteolytic degradation machinery. PROTACs which ligand the E3 ligase in a covalent manner have attracted intense interest, however, covalent PROTACs with a broad protein of interest (POI) scope have proven challenging to discover by design. Here, we report structure-guided design and optimization of Von Hippel-Lindau (VHL) protein-targeted sulfonyl fluorides which covalently bind Ser110 in the HIF1α binding site. We demonstrate that their incorporation in bifunctional degraders induces targeted protein degradation of BRD4 or androgen receptor (AR) without further linker optimization. Our study discloses the first covalent VHL ligands which can be implemented directly in bifunctional degrader design expanding the substrate scope of covalent E3 ligase PROTACs.

Abstract Kallikrein-related peptidases (KLKs) are a family of secreted serine proteases, which form a network – the KLK activome – with an important role in proteolysis and signaling. In prostate cancer (PCa), increased KLK activity promotes tumor growth and metastasis through multiple biochemical pathways, and specific quantification and tracking of changes in the KLK activome could contribute to validation of KLKs as potential drug targets. Herein we report a technology platform based on novel activity-based probes (ABPs) and inhibitors with unprecedented potency and selectivity enabling simultaneous orthogonal analysis of KLK2, KLK3 and KLK14 activity in hormone-responsive PCa cell lines and tumor homogenates. Using selective inhibitors and multiplexed fluorescent activity-based protein profiling (ABPP) we dissect the KLK activome in PCa cells and show that increased KLK14 activity leads to a migratory phenotype. Furthermore, using biotinylated ABPs we show that active KLK molecules are secreted into the bone microenvironment by PCa cells following stimulation by osteoblasts suggesting KLK-mediated signaling mechanisms could contribute to PCa metastasis to bone. Together our findings show that ABPP is a powerful approach to dissect dysregulation of the KLK activome as a promising and previously underappreciated therapeutic target in advanced PCa.