Osteoporosis and low bone mass are currently estimated to be a major public health risk affecting >50% of the female population over the age of 50. Because of their bone-selective pharmacokinetics, nitrogen-containing bisphosphonates (N-BPs), currently used as clinical inhibitors of bone-resorption diseases, target osteoclast farnesyl pyrophosphate synthase (FPPS) and inhibit protein prenylation. FPPS, a key branchpoint of the mevalonate pathway, catalyzes the successive condensation of isopentenyl pyrophosphate with dimethylallyl pyrophosphate and geranyl pyrophosphate. To understand the molecular events involved in inhibition of FPPS by N-BPs, we used protein crystallography, enzyme kinetics, and isothermal titration calorimetry. We report here high-resolution x-ray structures of the human enzyme in complexes with risedronate and zoledronate, two of the leading N-BPs in clinical use. These agents bind to the dimethylallyl/geranyl pyrophosphate ligand pocket and induce a conformational change. The interactions of the N-BP cyclic nitrogen with Thr-201 and Lys-200 suggest that these inhibitors achieve potency by positioning their nitrogen in the proposed carbocation-binding site. Kinetic analyses reveal that inhibition is competitive with geranyl pyrophosphate and is of a slow, tight binding character, indicating that isomerization of an initial enzyme–inhibitor complex occurs with inhibitor binding. Isothermal titration calorimetry indicates that binding of N-BPs to the apoenzyme is entropy-driven, presumably through desolvation entropy effects. These experiments reveal the molecular binding characteristics of an important pharmacological target and provide a route for further optimization of these important drugs.

We identify the prolyl-tRNA synthetase (PRS) inhibitor halofuginone 1 , a compound in clinical trials for anti-fibrotic and anti-inflammatory applications 2 , as a potent inhibitor of SARS-CoV-2 infection and replication. The interaction of SARS-CoV-2 spike protein with cell surface heparan sulfate (HS) promotes viral entry 3 . We find that halofuginone reduces HS biosynthesis, thereby reducing spike protein binding, SARS-CoV-2 pseudotyped virus, and authentic SARS-CoV-2 infection. Halofuginone also potently suppresses SARS-CoV-2 replication post-entry and is 1,000-fold more potent than Remdesivir 4 . Inhibition of HS biosynthesis and SARS-CoV-2 infection depends on specific inhibition of PRS, possibly due to translational suppression of proline-rich proteins. We find that pp1a and pp1ab polyproteins of SARS-CoV-2, as well as several HS proteoglycans, are proline-rich, which may make them particularly vulnerable to halofuginone's translational suppression. Halofuginone is orally bioavailable, has been evaluated in a phase I clinical trial in humans and distributes to SARS-CoV-2 target organs, including the lung, making it a near-term clinical trial candidate for the treatment of COVID-19.

Abstract Most biologically active oxysterols have a 3β-hydroxy-5-ene function in the ring system with an additional site of oxidation at C-7 or on the side-chain. In blood plasma oxysterols with a 7α-hydroxy group are also observed with the alternative 3-oxo-4-ene function in the ring system formed by ubiquitously expressed 3β-hydroxy-Δ 5 -C 27 -steroid oxidoreductase Δ 5 -isomerase, HSD3B7. However, oxysterols without a 7α-hydroxy group are not substrates for HSD3B7 and are not usually observed with the 3-oxo-4-ene function. Here we report the unexpected identification of oxysterols in plasma derived from umbilical cord blood and blood from pregnant women taken before delivery at 37+ weeks of gestation, of side-chain oxysterols with a 3-oxo-4-ene function but no 7α-hydroxy group. These 3-oxo-4-ene oxysterols were also identified in placenta, leading to the hypothesis that they may be formed by a previously unrecognised 3β-hydroxy-Δ 5 -C 27 -steroid oxidoreductase Δ 5 -isomerase activity of HSD3B1, an enzyme which is highly expressed in placenta. Proof of principle experiments confirmed that HSD3B1 has this activity. We speculate that HSD3B1 in placenta is the source of the unexpected 3-oxo-4-ene oxysterols in cord and pregnant women’s plasma and may have a role in controlling the abundance of biologically active oxysterols delivered to the fetus.

Abstract Loss-of-function mutations in KMT2D are a striking feature of the germinal centre (GC) lymphomas, resulting in decreased H3K4 methylation and altered gene expression. We hypothesised that inhibition of the KDM5 family, which demethylates H3K4me3/me2, would re-establish H3K4 methylation and restore the expression of genes repressed upon loss of KMT2D . KDM5-inhibition increased H3K4me3 levels and caused an anti-proliferative response in vitro , which was markedly greater in both endogenous and CRISPR-edited KMT2D mutant DLBCL cell lines, whilst tumour growth was inhibited in KMT2D mutant xenografts in vivo . KDM5-inhibition reactivated both KMT2D-dependent and -independent genes, resulting in diminished B-cell receptor signalling and altered expression of BCL2 family members, including BCL2 itself, allowing it to synergise with agents targeting these pathways. KDM5-inhibition may offer an effective therapeutic strategy for ameliorating KMT2D loss-of-function mutations in GC-lymphomas. Statement of significance We detail a novel way of reverting the effects of loss-of-function mutations in the histone methyltransferase KMT2D by inhibiting the KDM5 demethylase family, increasing levels of H3K4me3 and restoring expression of KMT2D regulated genes.

Abstract Epigenetic reprogramming requires extensive remodeling of chromatin landscapes to silence cell-type specific gene expression programs. ATP-dependent chromatin-remodeling complexes are important regulators of chromatin structure and gene expression; however, the role of Bromodomain-containing protein 9 (BRD9) and the associated ncBAF (non-canonical BRG1-associated factors) complex in reprogramming remains unknown. Here, we show that genetic suppression of BRD9 as well as ncBAF complex subunit GLTSCR1, but not the closely related BRD7, increase the efficiency by which induced pluripotent stem cells (iPSCs) can be generated from human somatic cells. Chemical inhibition and acute degradation of BRD9 phenocopied this effect. Interestingly, we find that BRD9 is dispensable for establishment and maintenance of human pluripotency but required for mesendodermal lineage commitment during differentiation. Mechanistically, BRD9 inhibition downregulates somatic cell type-specific genes and decreases chromatin accessibility at somatic enhancers. Collectively, these results establish BRD9 as an important safeguarding factor for somatic cell identity whose inhibition lowers chromatin-based barriers to reprogramming.