SUMMARY PROteolysis Targeting Chimeras (PROTACs) are bifunctional molecules that degrade target proteins through recruiting E3 ligases. However, their application is limited in part because few E3 ligases can be recruited by known E3 ligase ligands. In this study, we identified piperlongumine (PL), a natural product, as a covalent E3 ligase recruiter, which induces CDK9 degradation when it is conjugated with SNS-032, a CDK9 inhibitor. The lead conjugate 955 can potently degrade CDK9 in a ubiquitin-proteasome-dependent manner and is much more potent than SNS-032 against various tumor cells in vitro . Mechanistically, we identified KEAP1 as the E3 ligase recruited by 955 to degrade CDK9 through a TurboID-based proteomics study, which was further confirmed by KEAP1 knockout and the nanoBRET ternary complex formation assay. In addition, PL-Ceritinib conjugate can degrade EML4-ALK fusion oncoprotein, suggesting that PL may have a broader application as a covalent E3 ligase ligand in targeted protein degradation.

HDAC8 plays crucial roles in biological processes, from gene regulation to cell motility, making it a highly desirable target for therapeutic intervention. HDAC8 also has deacetylase-independent activity which cannot be blocked by a conventional inhibitor. In this study, we report the discovery of YX862, a highly potent and selective hydrazide-based HDAC8-proteolysis targeting chimera (PROTAC) degrader. The selectivity is achieved through rational design of the warhead to spare HDAC3 activity from the previous HDAC3/8 dual degrader YX968. We demonstrate that the degradation of HDAC8 by YX862 increases acetylation levels of its nonhistone substrates such as SMC3 without significantly triggering histone PTM, supporting HDAC8's major role in nonhistone PTM regulation. YX862 exhibits promising on-target antiproliferative activity against DLBCL cells with higher potency than the HDAC8 selective inhibitor PCI-34051. As a selective HDAC8 degrader that avoids pan-HDAC inhibition, YX862 represents a valuable tool for exploring the biological and therapeutic potential of HDAC8.

Abstract An effective cancer therapy requires both killing cancer cells and targeting tumor-promoting pathways or cell populations within the tumor microenvironment (TME). We purposely search for molecules that are critical for multiple tumor-promoting cell types and identified nuclear receptor subfamily 4 group A member 1 (NR4A1) as one such molecule. NR4A1 has been shown to promote the aggressiveness of cancer cells and maintain the immune suppressive TME. Using genetic and pharmacological approaches, we establish NR4A1 as a valid therapeutic target for cancer therapy. Importantly, we have developed the first-of-its kind proteolysis-targeting chimera (PROTAC, named NR-V04) against NR4A1. NR-V04 effectively degrades NR4A1 within hours of treatment in vitro and sustains for at least 4 days in vivo , exhibiting long-lasting NR4A1-degradation in tumors and an excellent safety profile. NR-V04 leads to robust tumor inhibition and sometimes eradication of established melanoma tumors. At the mechanistic level, we have identified an unexpected novel mechanism via significant induction of tumor-infiltrating (TI) B cells as well as an inhibition of monocytic myeloid derived suppressor cells (m-MDSC), two clinically relevant immune cell populations in human melanomas. Overall, NR-V04-mediated NR4A1 degradation holds promise for enhancing anti- cancer immune responses and offers a new avenue for treating various types of cancer.

Colorectal cancer (CRC) ranks as the third most prevalent cancer globally and stands as the second principal contributor to cancer-related fatalities. Recently, emerging research has emphasized the role of pan apoptosis (PANoptosis) in tumor development and anti-tumor therapy. In the course of this investigation, we meticulously identified and conducted a correlation analysis between differentially expressed genes associated with PANoptosis in CRC (CPAN_DEGs) and the proportion of immune cells. Subsequently, we formulated a prognostic score based on the CPAN_DEGs. Further our analysis revealed a noteworthy reduction in UNC5D mRNA expression within HCT116, HT29 and SW480 cells, as validated by qRT-PCR assay. Furthermore, scrutinizing the TCGA database unveiled a distinctive trend wherein individuals with the low UNC5D expression exhibited significantly reduced overall survival compared to their counterparts with the high UNC5D levels. The drug susceptibility analysis of UNC5D was further performed, which showed that UNC5D was corassociated with the sensitivity of CRC to 6-Thioguanine. The outcomes of our investigation underscore the mechanisms by which PANoptosis influences immune dysregulation as well as prognostic outcome in CRC.

Proteolysis targeting chimeras (PROTACs) are an emerging targeted cancer therapy approach, but wide-spread clinical use of PROTAC is limited due to poor cell targeting and penetration, and instability in vivo. To overcome such issues and enhance the in vivo efficacy of PROTAC drugs, microfluidic droplet-based electroporation (µDES) was developed as a novel extracellular vesicle (EVs) transfection system, which enables the high-efficient PROTAC loading and effective delivery in vivo. Our previously developed YX968 PROTAC drug had shown the selectively degradation of HDAC3 and 8, which effectively suppresses the growth of breast tumor cell lines, including MDA-MB-231 triple negative breast cancer (TNBC) line, via dual degradation without provoking a global histone hyperacetylation. In this study, we demonstrated that µDES-based PROTAC loading in EVs significantly enhanced therapeutic function of PROTAC drug in vivo in the TNBC breast tumor mouse model. NSG mice with pre-established MDA-MB-231 tumors and treated with intraperitoneal injection of EVs for tumor inhibition study, which showed significantly higher HDAC 3 and 8 degradation efficiency and tumor inhibition than PROTAC only group. The liver, spleen, kidney, lung, heart, and brain were collected for safety testing, which exhibited improved toxicity. The EV delivery of PROTAC drug enhances drug stability and bioavailability in vivo, transportability, and drug targeting ability, which fills an important gap in current development of PROTAC therapeutic functionality in vivo and clinical translation. This novel EV-based drug transfection and delivery strategy could be applicable to various therapeutics for enhancing in vivo delivery, efficacy, and safety.