B-cell lymphoma extra large (BCL-XL) is a well-validated cancer target. However, the on-target and dose-limiting thrombocytopenia limits the use of BCL-XL inhibitors, such as ABT263, as safe and effective anticancer agents. To reduce the toxicity of ABT263, we converted it into DT2216, a BCL-XL proteolysis-targeting chimera (PROTAC), that targets BCL-XL to the Von Hippel-Lindau (VHL) E3 ligase for degradation. We found that DT2216 was more potent against various BCL-XL-dependent leukemia and cancer cells but considerably less toxic to platelets than ABT263 in vitro because VHL is poorly expressed in platelets. In vivo, DT2216 effectively inhibits the growth of several xenograft tumors as a single agent or in combination with other chemotherapeutic agents, without causing appreciable thrombocytopenia. These findings demonstrate the potential to use PROTAC technology to reduce on-target drug toxicities and rescue the therapeutic potential of previously undruggable targets. Furthermore, DT2216 may be developed as a safe first-in-class anticancer agent targeting BCL-XL.

Abstract Small molecules that selectively kill senescent cells (SCs), termed senolytics, have the potential to prevent and treat various age-related diseases and extend healthspan. The use of Bcl-xl inhibitors as senolytics is largely limited by their on-target and dose-limiting platelet toxicity. Here, we report the use of proteolysis-targeting chimera (PROTAC) technology to reduce the platelet toxicity of navitoclax (also known as ABT263), a Bcl-2 and Bcl-xl dual inhibitor, by converting it into PZ15227 (PZ), a Bcl-xl PROTAC, which targets Bcl-xl to the cereblon (CRBN) E3 ligase for degradation. Compared to ABT263, PZ is less toxic to platelets, but equally or slightly more potent against SCs because CRBN is poorly expressed in platelets. PZ effectively clears SCs and rejuvenates tissue stem and progenitor cells in naturally aged mice without causing severe thrombocytopenia. With further improvement, Bcl-xl PROTACs have the potential to become safer and more potent senolytic agents than Bcl-xl inhibitors.

Advanced prostate tumors usually metastasize to the lung, bone, and other vital tissues and are resistant to conventional therapy. Prostate apoptosis response-4 protein (Par-4) is a tumor suppressor that causes apoptosis in therapy-resistant prostate cancer cells by binding specifically to a receptor, Glucose-regulated protein-78 (GRP78), found only on the surface of cancer cells. 3-Arylquinolines or "arylquins" induce normal cells to release Par-4 from the intermediate filament protein, vimentin and promote Par-4 secretion that targets cancer cells in a paracrine manner. A structure-activity study identified arylquins that promote Par-4 secretion, and an evaluation of arylquin binding to the hERG potassium ion channel using a [(3)H]-dofetilide binding assay permitted the identification of structural features that separated this undesired activity from the desired Par-4 secretory activity. A binding study that relied on the natural fluorescence of arylquins and that used the purified rod domain of vimentin (residues 99-411) suggested that the mechanism behind Par-4 release involved arylquin binding to multiple sites in the rod domain.

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.

Abstract The accurate prediction of protein-ligand binding affinity is critical for the success of computer-aided drug discovery. However, the accuracy of current scoring functions is usually unsatisfactory due to their rough approximation or sometimes even omittance of many factors involved in protein-ligand binding. For instance, the intrinsic dynamic of the protein-ligand binding state is usually disregarded in scoring function because these rapid binding affinity prediction approaches are only based on a representative complex structure of the protein and ligand in the binding state. That is, the dynamic protein-ligand binding complex ensembles are simplified as a static snapshot in calculation. In this study, two novel features were proposed for characterizing the dynamic properties of protein-ligand binding based on the static structure of the complex, which is expected to be a valuable complement to the current scoring functions. The two features demonstrate the geometry-shape matching between a protein and a ligand as well as the dynamic stability of protein-ligand binding. We further combined these two novel features with several classical scoring functions to develop a binary classification model called DyScore that uses the Extreme Gradient Boosting algorithm to classify compound poses as binders or non-binders. We have found that DyScore achieves state-of-the-art performance in distinguishing active and decoy ligands on both enhanced DUD dataset and external test sets with both proposed novel features showing significant contributions to the improved performance. Especially, DyScore exhibits superior performance on early recognition, a crucial requirement for success in virtual screening and de novo drug design. The standalone version of DyScore and Dyscore-MF are freely available to all at: https://github.com/YanjunLi-CS/dyscore Key Points Two novel binding features were proposed for characterizing the dynamic properties of protein-ligand binding only based on a static snapshot of complex. Based on the XGBoost machine learning method, the DyScore recognition model was proposed to accurately classify compound binding poses as binders or non-binders. DyScore consistently outperforms all the state-of-the-art published models on three different metrics by a large margin. DyScore showed superior performance in early recognition with an average of 73.3% success rate for the top three ranked compounds for each protein target. The standalone version of DyScore and DyScore-MF are freely available to all at: https://github.com/YanjunLi-CS/dyscore TOC

This study aims to investigate the impact of T-2 toxin on the regulation of downstream target genes and signaling pathways through exosome-released miRNA in the development of cartilage damage in Kashin-Beck disease (KBD). Serum samples from KBD patients and supernatant from C28/I2 cells treated with T-2 toxin were collected for the purpose of comparing the differential expression of exosomal miRNA using absolute quantitative miRNA-seq. Target genes of differential exosomal miRNAs were identified using Targetscan and Miranda databases, followed by GO and KEGG enrichment analyses. Validation of key indicators of chondrocyte injury in KBD was conducted using Real-time quantitative PCR (RT-qPCR) and Immunohistochemical staining (IHC). A total of 20 exosomal miRNAs related to KBD were identified in serum, and 13 in chondrocytes (C28/I2). The identified exosomal miRNAs targeted 48,459 and 60,612 genes, primarily enriched in cell organelles and membranes, cell differentiation, and cytoskeleton in the serum, and the cytoplasm and nucleus, metal ion binding in chondrocyte (C28/I2). The results of the KEGG enrichment analysis indicated that the Ras signaling pathway may play a crucial role in the pathogenesis of KBD. Specifically, the upregulation of hsa-miR-181a-5p and hsa-miR-21-3p, along with the downregulation of miR-152-3p and hsa-miR-186-5p, were observed. Additionally, T-2 toxin intervention led to a significant downregulation of RALA, REL, and MAPK10 expression. Furthermore, the protein levels of RALA, REL, and MAPK10 were notably decreased in the superficial and middle layers of cartilage tissues from KBD. The induction of differential expression of chondrocyte exosomal miRNAs by T-2 toxin results in the collective regulation of target genes RALA, REL, and MAPK10, ultimately mediating the Ras signaling pathway and causing a disruption in chondrocyte extracellular matrix metabolism, leading to chondrocyte injury.